Всем привет! У нас новость — российские ученые успешно испытали имплантаты губчатых костей на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ*): 100% вживленных образцов успешно прижились. Исследователи из НИТУ «МИСиС» при помощи коллег из Российского онкоцентра имени Блохина и Государственного завода медицинских препаратов научились создавать высокоточные имитации структуры костной ткани, что дало возможность обеспечивать полную замену костного дефекта, инициировать процессы регенерации костей и сохранить функциональные возможности конечностей. Статья с результатами исследования опубликована в журнале «Materials Science and Engineering». Ознакомиться с ней можно здесь.
Нет, это не Гамлет. Это руководитель проекта к.ф-м.н. Фёдор Сенатов.
«В ходе новых экспериментов исследовательская группа смогла изучить структурные и механические характеристики полученных образцов как in vitro, так и in vivo, – прокомментировала работу ученых ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова. – Благодаря тесному сотрудничеству нашего университета, ведущего онкологического центра России и Государственного завода медицинских препаратов прорывное фундаментальное исследование ученых НИТУ «МИСиС» получило практическое развитие. В частности, результаты экспериментов in vivo позволили определить степень пористости внутреннего слоя и размеры пор, при которых происходит прочная фиксация в костном дефекте путем врастания соединительной ткани в имплантат».
Частичная замена костей, разрушенных из-за онкологических заболеваний, травм или хирургического вмешательства, остается важной медицинской проблемой. Только в России ежегодно проводится более 70 тысяч операций по восстановлению целостности поврежденной костной ткани. В мире таких операций проводятся сотни тысяч.
Костная ткань обладает естественной способностью к регенерации, но в случае больших дефектов она может быть недостаточной для полного восстановления кости. Поэтому сегодня для восстановления поврежденной костной ткани применяют различные виды имплантатов. Материалы, используемые для создания костных имплантатов, должны иметь целый ряд специфических свойств: быть биологически совместимыми с организмом человека или животного, обладать высокими механическими свойствами, обеспечивать полную замену костного дефекта и инициировать процессы регенерации костной ткани.
Внешний вид имплантов из сверхвысокомолекулярного полиэтилена: полностью пористого и гибридного (внешний сплошной слой, внутренний — пористый).
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен хорошо подходит под описанные критерии. Например, если говорить о механических свойствах, то по показателю прочность/собственный вес изделия из СВМПЭ превосходят сталь. Поэтому потенциально он очень хорошо подходил для изготовления пористых имплантатов, структура которых точнее всего имитировала бы пористую губчатую костную ткань. Однако чрезвычайно высокая молекулярная масса полимера не позволяет использовать традиционные методы создания пористой структуры (обычно их создают путем вспенивания).
Схематичное изображение кости, в которую вставлен двухслойный имплантат из СВМПЭ (его фото натуральное), у которого внешний слой сплошной, а внутренний — пористый. Показана микроструктура пористого слоя (сканирующая электронная микроскопия) и микроструктура губчатой кости (сканирующая электронная микроскопия кости собаки). Видно, что структура идентична.
Проблему удалось решить, применив методы твердофазного смешивания, термопрессования и промывки в субкритической воде. Таким хитрым способом коллектив российских ученых впервые в мире решил задачу по имитации сложной структуры губчатой костной ткани, создав многослойные СВМПЭ-каркасы (scaffold**) со сплошным внешним и пористым внутренним слоем.
«Наш скаффолд состоит из двух слоев, прочно соединенных друг с другом, – рассказывает о материале руководитель работ, научный сотрудник Научно-исследовательского центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» к.ф-м.н. Фёдор Сенатов. – Первый слой сплошной, он имитирует кортикальную кость для обеспечения механической прочности. Внутренний слой имеет поры определенного размера, поэтому может быть колонизирован клетками реципиента, чтобы ускорить срастание с окружающими тканями и обеспечить прочную фиксацию имплантата в зоне дефекта».
Фёдор Сенатов со своей командой
По мнению экспериментаторов, перечисленные особенности полученных скаффолдов на основе СВМПЭ открывают большие перспективы для создания биоимплантатов в восстановительной медицине, что и доказали ученые в новой серии экспериментов.
* Multilayer porous UHMWPE scaffolds for bone defects replacement
**scaffold* (скаффолд) – термин из тканевой инженерии (скаффолд-технологии используются для регенерации костной ткани).
Нет, это не Гамлет. Это руководитель проекта к.ф-м.н. Фёдор Сенатов.
«В ходе новых экспериментов исследовательская группа смогла изучить структурные и механические характеристики полученных образцов как in vitro, так и in vivo, – прокомментировала работу ученых ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова. – Благодаря тесному сотрудничеству нашего университета, ведущего онкологического центра России и Государственного завода медицинских препаратов прорывное фундаментальное исследование ученых НИТУ «МИСиС» получило практическое развитие. В частности, результаты экспериментов in vivo позволили определить степень пористости внутреннего слоя и размеры пор, при которых происходит прочная фиксация в костном дефекте путем врастания соединительной ткани в имплантат».
Частичная замена костей, разрушенных из-за онкологических заболеваний, травм или хирургического вмешательства, остается важной медицинской проблемой. Только в России ежегодно проводится более 70 тысяч операций по восстановлению целостности поврежденной костной ткани. В мире таких операций проводятся сотни тысяч.
Костная ткань обладает естественной способностью к регенерации, но в случае больших дефектов она может быть недостаточной для полного восстановления кости. Поэтому сегодня для восстановления поврежденной костной ткани применяют различные виды имплантатов. Материалы, используемые для создания костных имплантатов, должны иметь целый ряд специфических свойств: быть биологически совместимыми с организмом человека или животного, обладать высокими механическими свойствами, обеспечивать полную замену костного дефекта и инициировать процессы регенерации костной ткани.
Внешний вид имплантов из сверхвысокомолекулярного полиэтилена: полностью пористого и гибридного (внешний сплошной слой, внутренний — пористый).
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен хорошо подходит под описанные критерии. Например, если говорить о механических свойствах, то по показателю прочность/собственный вес изделия из СВМПЭ превосходят сталь. Поэтому потенциально он очень хорошо подходил для изготовления пористых имплантатов, структура которых точнее всего имитировала бы пористую губчатую костную ткань. Однако чрезвычайно высокая молекулярная масса полимера не позволяет использовать традиционные методы создания пористой структуры (обычно их создают путем вспенивания).
Схематичное изображение кости, в которую вставлен двухслойный имплантат из СВМПЭ (его фото натуральное), у которого внешний слой сплошной, а внутренний — пористый. Показана микроструктура пористого слоя (сканирующая электронная микроскопия) и микроструктура губчатой кости (сканирующая электронная микроскопия кости собаки). Видно, что структура идентична.
Проблему удалось решить, применив методы твердофазного смешивания, термопрессования и промывки в субкритической воде. Таким хитрым способом коллектив российских ученых впервые в мире решил задачу по имитации сложной структуры губчатой костной ткани, создав многослойные СВМПЭ-каркасы (scaffold**) со сплошным внешним и пористым внутренним слоем.
«Наш скаффолд состоит из двух слоев, прочно соединенных друг с другом, – рассказывает о материале руководитель работ, научный сотрудник Научно-исследовательского центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» к.ф-м.н. Фёдор Сенатов. – Первый слой сплошной, он имитирует кортикальную кость для обеспечения механической прочности. Внутренний слой имеет поры определенного размера, поэтому может быть колонизирован клетками реципиента, чтобы ускорить срастание с окружающими тканями и обеспечить прочную фиксацию имплантата в зоне дефекта».
Фёдор Сенатов со своей командой
По мнению экспериментаторов, перечисленные особенности полученных скаффолдов на основе СВМПЭ открывают большие перспективы для создания биоимплантатов в восстановительной медицине, что и доказали ученые в новой серии экспериментов.
* Multilayer porous UHMWPE scaffolds for bone defects replacement
**scaffold* (скаффолд) – термин из тканевой инженерии (скаффолд-технологии используются для регенерации костной ткани).
