Ученые из НИТУ «МИСиС» и компании Biomimetix на основе разработанного ранее биосовместимого материала, имитирующего многослойную структуру кости, создали гибридный имплантат для собаки, больной остеосаркомой. В результате операции имплантат был успешно подсажен, сейчас животное чувствует себя хорошо и полноценно передвигается, сообщила пресс-служба университета.

Следствием травм и патологических изменений костей, которые происходят, например в результате развития остеосаркомы — самой распространенного типа опухоли костной ткани, нередко становится удаление значительной части кости. Для ее восстановления необходима установка имплантатов из биосовместимых материалов, которые в идеале имитировали бы структуру кости и позволяли клеткам ткани расти на искусственной матрице. Самым популярным материалом для имплантатов до сих пор остается титан, который используется в этом качестве уже более 40 лет. Однако у него есть множество недостатков — помимо отсутствия нужной структруры, металлические имплантаты слишком жесткие.

Для создания биосовместимых материалов с упругой и пористой структурой успешно используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен, вспенивание которого позволяет создавать матрицы с пористостью, соответствующей этому параметру губчатой кости. Тем не менее, такие материалы используются для замещения в основном мягких тканей и хрящей, так как им, напротив, недостает жесткости. Исследователи из Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» разработали многослойный вариант такого материала, который имитирует структуру трубчатой кости. В нем есть как жесткий слой, выполняющий роль кортикальной пластины кости (твердой верхней оболочки), так и пористый слой. Способность полученного биомиметического материала интегрироваться в костную ткань и выдерживать нагрузку была подтверждена учеными на грызунах.

НИТУ «МИСиС»

Структура губчатой кости (справа) и имитирующей ее пористой матрицы на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (слева). A.V.Maksimkin et al / Materials Science and Engineering: C 2017

Сотрудник Центра композиционных материалов и по совместительству директор компании Biomimetix, которая внедряет разработки исследователей в практику, Федор Сенатов рассказал, что разработанный учеными биомиметический имплантат был впервые проверен на крупном животном, точнее на собаке породы дог. Животное страдало остеосаркомой, и у него пришлось удалить крупный фрагмент бедренной кости размером около 11 сантиметров. Чтобы восстановить бедренную кость, для него изготовили гибридный протез с применением двуслойной полимерной матрицы. Так как недостающий кусок кости был слишком большой, протез все-таки пришлось изготовить на основе титанового стрежня, на который нарастили слой сплошного и слой пористого полимера. Имплантат успешно установили, и собака через несколько дней смогла передвигаться с использованием прооперированной ноги.

Рентген задней конечности собаки до (слева) и после операции по удалению опухоли и установке протеза. НИТУ «МИСиС»

Ученым предстоит выяснить, насколько успешно имплантат оброс клетками соединительной ткани и интегрировался в кость, однако это можно будет проверить только через некоторое время. Пока сотрудники компании планируют продолжать проводить испытания биомиметических протезов, выполняя заказы для ветеринаров.

О том, какие еще материалы используют для замещения костей и других частей человеческого тела, можно узнать из нашего текста «А вместо сердца — пламенный мотор».

Автор: Яна Колесова