НИТУ «МИСиС» совместно с НИЦ эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи приступили к испытаниям in vivo клеточно-инженерных имплантатов нового поколения. Имплантаты могут применяться при травмах или онкологических заболеваниях для замещения расширенных участков костной ткани. Разработка ведется в рамках гранта Российского научного фонда.
Научная группа Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами НИЦ Эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи ведет разработку биоактивных костных имплантатов для реконструктивной хирургии, содержащих рекомбинантные белки — костный морфогенетический белок человека (rhBMP-2) и эритропоэтин. На данный момент проводится целый комплекс структурных, механических и медико-биологических исследований. Ожидается, что имплантаты по своей структуре и механическим свойствам будут соответствовать костной ткани, а именно имитировать архитектуру разных типов кости (кортикальной и трабекулярной) и иметь тот же модуль упругости, что и нативная кость. Особенностью имплантатов будет повышенная способность к остеоиндукции за счет присутствия в них белковых факторов rhBMP-2 и эритропоэтина.
По данным НИИ Склифосовского, ежегодно в России более 2 тысяч черепно-мозговых травм требуют применения трансплантации, и до 20% этих операций в дальнейшем требуют повторного вмешательства хирургов из-за плохой приживаемости или неправильного расположения имплантата в ткани.
Как отмечает руководитель научной группы со стороны НИТУ «МИСиС», к.ф.-м.н. Фёдор Сенатов, «Проведенные опыты in vivo показали, что биомиметический полимерный имплантат с введенными в него белками rhBMP-2 и эритропоэтином, установленный в черепной дефект критического размера мышей, способствует ускоренной интеграции с окружающими тканями и образованию зрелой костной ткани уже через 3 недели после имплантации».
Основой биомиметической конструкции является гибридный каркас из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, формирующего внутренний пористый и внешние сплошные слои, воспроизводящего макроструктуру костей млекопитающих, и титанового армирующего компонента. Для изготовления имплантата используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен и гидроксилапатит — минеральная составляющая костной ткани. Для имитации пор трабекулярной кости в материал вводится соль высокой степени очистки. На специальном оборудовании и в определенных режимах смесь прессуют в монолитный материал. Затем под большим давлением и при высокой температуре из него вымывают соль водой, сохраняющей жидкое состояние при температуре от 100°С и давлении от 218 атмосфер (субкритическая вода).
В верхние непористые слои имплантата с помощью сверхкритических сред вводится антибактериальный компонент, который позволит защитить организм от проникновения инфекции в место имплантации и избежать воспалений. Пористую часть имплантата насыщают клетками, взятыми из костного мозга пациента, и белками, стимулирующими новообразование костной ткани в области имплантации.
Как отмечает руководитель со стороны НИЦ эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи, д.б.н., профессор НИЦ эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи Анна Карягина, «Разрабатываемые имплантаты могут найти широкое применение в разных областях реконструктивной хирургии: челюстно-лицевой хирургии, хирургии позвоночника, ортопедии и других, связанных с коррекцией значительных по объему дефектов костной ткани. Речь идет как о плоских костях, подвергающихся слабым или средним нагрузкам — тазовых костях, костях черепа, так и об испытывающих сильные нагрузки трубчатых костях конечностей. Технология уже начинает находить применение в ветеринарии».
«Внедрение инновационных медицинских технологий, борьба с онкологическими заболеваниями — одни из приоритетных задач, поставленных в рамках нацпроекта „Здравоохранение“. Их реализация требует не только разработки и внедрения новых технологий и методик, но и подготовку квалифицированных кадров, способных совершить прорыв в этих областях. С этой целью в НИТУ „МИСиС“ в 2019 году была открыта первая в России интегрированная магистерская программа iPhD по направлению „Биоматериаловедение“, направленная на подготовку исследователей мирового уровня в этой важнейшей междисициплинарной области», — говорит Федор Сенатов.
