Российские ученые решили печатать протезы на принтере

Биорезорбируемые полимеры - одна из самых многообещающих основ для имплантатов

Поставить на четыре лапы прихрамывающую собачку обязуется группа учёных из МИСиС, разработавших биорезорбируемый каркас для замещения малых дефектов пористых костей.

Успех эксперимента с участием лучшего друга человека откроет путь к появлению в арсенале отечественной медицины нового имплантата, который позволит людям, перенесшим мелкие костные травмы, полностью восстановить деформированный участок скелета.

Биорезорбируемые полимеры считаются одной из самых многообещающих основ для имплантатов, предназначенных для восстановления повреждённых участков кости. Они биосовместимы и со временем способны полностью замещаться клетками тканей, разлагаясь в организме на легко выводимые, нетоксичные компоненты. Также в числе их преимуществ – пористая структура, позволяющая при нагреве идеально подстраиваться под область дефекта.

Такие материалы уже используются в зарубежной медицине: например, из них производят стенты для сосудов, желудочные и мочеточниковые стенты. Но для изготовления изделий со сложной геометрией, например, таких, которые должны повторять конфигурацию дефекта кости, широко их пока не применяют. А потребность в таких высокотехнологичных костных протезах довольно высока.

Только в России порядка 200 000 человек нуждаются в операциях по замещению мелких, размером 3–5 см², костных изъянов, вызванных травмами или онкологическими заболеваниями.

Учёные из МИСиС в проекте по созданию костных имплантатов, поддержанных ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы», тесно сотрудничают с Российским онкологическим научным центром им. Н.Н.Блохина (РОНЦ).

«Мы используем опыт наших коллег из РОНЦ по методу заселения клетками костной ткани пористых каркасов, изготовленных из биорезобируемого полимера. Надеемся, что все будет работать», – отмечает участник проекта, научный сотрудник Центра композиционных материалов МИСиС Федор Сенатов.
Главная фишка отечественной разработки заключается в использовании эффекта «памяти формы», которым обладают биорезорбируемые полимеры, в изделиях сложной конфигурации, повторяющей костный изъян. Чтобы изготовленные из них имплантаты идеально адаптировались к реконструируемой области, их приходится нагревать. Чем ниже температура, при которой проявляется требуемый эффект, тем лучше для живого организма, однако сам материал демонстрирует свои лучшие механические свойства по встраиванию в дефекты при довольно высокой температуре, – около 60 градусов.

«Мы сейчас пытаемся добиться равновесия: чтобы материал активировался при температуре, близкой к температуре тела, и при этом не терял своих механических свойств, – комментирует Фёдор Сенатов. – Нам удалось снизить степень нагрева до 50 градусов, но этого мало. Потому что известно, даже при нагреве выше 40 градусов в кости могут начаться нежелательные процессы. Нам еще есть над чем работать, но результат обязательно будет».

Первым пациентом, примерившим отечественный имплантат из биорезобируемого полимера, будет собака с травмированной лапой.

С одобрения хозяев и ветеринаров пёс уже ждёт операции по возвращению способности полноценно использовать все четыре конечности.

«По компьютерной томограмме будет вычислена геометрия дефекта, который необходимо исправить, после чего будет составлена её компьютерная модель, в соответствии с которой из нити биорезорбируемого полилактида и гидроксиапатита на 3D-принтере распечатают пористый каркас. Его в свою очередь заселят клетками – предшественниками костной ткани и имплантируют собаке, – поясняет Федор Сенатов. – После вживления в организм эти клетки дифференцируются в клетки костной ткани. А так, как в каркасе все поры связанные, они могут прорастать вглубь имплантата, и таким образом полностью реконструировать дефект».

Успех испытаний на собаках, запланированных на конец текущего года, откроет путь для применения новых биорезорбируемых имплантатов сначала в ветеринарии, а потом, вероятно и в медицине. Опытную партию этих изделий выпустит индустриальный партнер ученых в проекте – компания «Нанобиотех», базирующаяся в Тамбове. Заинтересованность в производстве имплантатов также проявляет Государственный завод медицинских препаратов. Предполагается, что производство будет не затратным: в комплект оборудования для него войдёт 3D-принтер, экструдер и лабораторная мельница.

Автор: Быкова Наталья