Ученые НИТУ «МИСиС» в тандеме с биологами НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи предложили экономичный способ испытаний прочности врастания костных имплантатов при критических дефектах черепа. Метод предполагает использование мышиной модели и позволяет оценить эффективность интеграции имплантата. Расходы при его использовании сокращаются в 50 раз по сравнению с экспериментами на крупных животных, позволяя собрать более обширный статистический материал и ускорить выход разработки на клинический этап исследований.

Результаты работы опубликованы в Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials.

Используемые в современной имплантологии материалы должны быть близки по свойствам к костной ткани, при этом зона интеграции имплантата должна быть достаточной, чтобы обеспечить прочное соединение и равномерное распределение нагрузки на восстанавливаемый участок кости. Прочность сращения имплантата с костью – важный параметр для понимания применимости имплантата в черепно-лицевой и спинальной хирургии.

При создании любого нового материала для имплантата сначала проводятся испытания его свойств на животных, и только потом разработка переходит на этап клинических исследований. В случае с черепными травмами исследователи при испытаниях интеграции имплантата используют метод механического выталкивания. До сих пор такие эксперименты проводились только на крупных животных, что дорого обходится научным группам.

По словам главного научного сотрудника НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи Минздрава РФ, профессора, д.б.н. Анны Карягиной, «чем крупнее животное, тем дороже его закупочная стоимость и содержание – расходы на корм (с учетом длительности эксперимента), содержание помещений и зарплату обслуживающего персонала. Плюс затраты на операции – наркоз, антибиотики, труд ветеринарных хирургов и послеоперационный уход – также возрастают. В среднем затраты на эксперимент с крупными животными могут быть ориентировочно в 50–100 раз выше относительно мелких, например, мышей».

Научный коллектив НИТУ «МИСиС», НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи и МГУ имени Ломоносова представил результат исследования, в котором механический тест выталкивания был реализован на мышиной модели имплантации в дефекты черепа критического размера.

«Мы впервые адаптировали технологию для мышей с костными дефектами критического размера, то есть такими, которые не заросли бы сами за время эксперимента. Метод в сочетании с традиционными компьютерной томографией и гистологией позволяет наглядно показать результаты имплантации на мелких лабораторных животных, учитывая структуру, медико-биологические характеристики и механические свойства», – рассказал соавтор разработки, директор НОЦ Биомедицинской инженерии НИТУ «МИСиС», к.ф.-м.н. Федор Сенатов.

По словам разработчиков, несмотря на очевидное преимущество использования более крупных животных (из-за размера дефектов, наиболее близких к человеческим случаям), исследования на грызунах позволят значительно сократить расходы, а также получить расширенную статистику благодаря увеличению количества животных в эксперименте. В настоящий момент исследователи продолжают работу по оптимизации метода.