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 морфогенетический рекомбинантный белок человека. 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 белками BMP-2 и эритропоэтином, установленный в черепной дефект критического размера, способствует ускоренной интеграции с окружающими тканями и восстановлению кости в течение нескольких недель».

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 гидроксиапатит – 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 засевают клетками, взятыми из костного мозга пациента, и белками, стимулирующими прорастание этих клеток в костную ткань.

Имплантаты могут применяться при травмах или онкологических заболеваниях для замещения расширенных участков костной ткани. Речь идет как о плоских костях, подвергающихся слабым или средним нагрузкам – тазовых костях, костях черепа, так и нагруженным трубчатым костям 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.

Пресс-служба НИТУ «МИСиС»