Ведущие ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» вместе со специалистами НИЦ Эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи приступили к испытаниям принципиально новых клеточно-инженерных имплантатов следующего поколения. Уникальные разработки призваны значительно повысить шансы на восстановление костной ткани у пациентов, перенесших сложные травмы или серьезные операции, в том числе связанные с онкологическими заболеваниями. Реализация этого многообещающего проекта осуществляется при поддержке гранта Российского научного фонда, что подчеркивает его стратегическую важность для отечественного здравоохранения и биоматериаловедения.
Передовые решения для замещения костной ткани
Исследовательская команда Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» в тесном сотрудничестве с коллегами из НИЦ имени Н.Ф. Гамалеи занимается разработкой интегрированных биоактивных имплантатов, способных эффективно заменять обширные участки пораженной кости. В конструкции используются современные материалы и инновационные методы: включение морфогенетического рекомбинантного белка человека (rhBMP-2) и эритропоэтина дает имплантатам не только необходимые механические характеристики, но и стимулирует формирование новой костной ткани.
Новые биоматериалы моделируют природную архитектонику костей, превосходя по многим параметрам существующие решения. Конструкция позволяет точно воссоздавать структуры кортикального и трабекулярного слоев кости. Ключевая задача — добиться максимально естественного роста костной ткани, ускоренного срастания с окружающими структурами и минимизации риска отторжения, что ранее было значительной проблемой, особенно при операциях большой сложности.
Уникальные компоненты: сверхвысокомолекулярный полиэтилен и гидроксиапатит
Основу новейших имплантатов составляет инновационный гибридный каркас, в который входят сверхвысокомолекулярный полиэтилен и гидроксиапатит. Эти материалы демонстрируют отличную биосовместимость и механическую прочность, обеспечивают долговечность и минимизируют вероятность осложнений после операций. Для повышения прочности и надежности в каркас также интегрируется элемент армирования из титана.
Инженерный подход к созданию структуры имитирует настоящую кость: внутренний пористый слой, созданный с помощью соли высокой степени очистки и современных технологий, повторяет поры трабекулярной ткани, а внешние монолитные слои защищают внутренности от внешних воздействий. Финальная обработка с использованием субкритической воды позволяет тщательно удалить соль, формируя оптимальную пористость без риска для биологических свойств материала.
rhBMP-2 и эритропоэтин: революция в остеоиндукции
Отличительной чертой новых имплантатов стало введение в их структуру двух белковых факторов: rhBMP-2 (рекомбинантный человеческий костный морфогенетический белок) и эритропоэтина. Эти биологические агенты заметно увеличивают способность конструкций к остеоиндукции — стимулированию роста новых собственных костных клеток в области, требующей восстановления. Благодаря этой разработке ускоряется интеграция имплантата с организмом пациента, а процесс заживления и регенерации костной ткани проходит в сжатые сроки.
Как свидетельствуют первые результаты in vivo тестирований, уже спустя несколько недель после имплантации наблюдается активное восстановление костных дефектов критического размера, в том числе сложных травм черепа, которые ранее считались трудно излечимыми. Руководитель научной группы, кандидат физико-математических наук Фёдор Сенатов, особо подчеркивает успехи, достигнутые благодаря синергии двух передовых факторов и многоуровневому подходу к проектированию имплантатов.
Комплексная защита и инновационные методы имплантации
Инновационная технология изготовления предусматривает многоуровневую систему защиты. В непористую наружную оболочку с помощью сверхкритических сред интегрируются антибактериальные компоненты. Такой подход минимизирует риск инфицирования в процессе и после хирургической процедуры, значительно снижая вероятность развития воспалительных процессов в зоне имплантации.
Пористую часть каркаса перед установкой засеивают аутологичными (взятыми у самого пациента) клетками костного мозга. В сочетании с белковыми стимуляторами прорастания клеток внутри структуры это обеспечивает максимально эффективное восстановление утраченной ткани.
Широкий спектр применения в медицине и ветеринарии
Разработка нацелена на решение одной из ключевых медицинских задач — восстановление крупных дефектов опорно-двигательного аппарата у людей и животных. Внедрение данной технологии существенно повлияет на эффективность лечения травм, последствий онкологических операций, восстановление черепных, тазовых, а также нагруженных трубчатых костей конечностей. Уже сейчас отмечается успешное применение методики в ветеринарной практике.
По сведениям НИИ Склифосовского, ежегодно в России проводится свыше двух тысяч операций по трансплантации костной ткани при тяжелых черепно-мозговых травмах. При этом традиционные методы сталкиваются с высокой долей осложнений — до 20% случаев требуют повторной хирургии из-за сложностей с приживлением или неправильным расположением трансплантата. Инновационные клеточно-инженерные решения НИТУ «МИСиС» способны кардинально улучшить статистику заживления и снизить риск повторных вмешательств.
Сотрудничество, образование и национальные приоритеты
Быстрый прогресс уникальных разработок и внедрение современных методов лечения невозможны без тесного взаимодействия исследовательских организаций и поддержки профильных государственных программ. Работа ведётся в рамках приоритетных направлений нацпроекта «Здравоохранение», который предусматривает создание новых медицинских технологий, направленных на профилактику и эффективное лечение социально значимых заболеваний, в том числе онкологии и сложных травм.
Важную роль в развитии инноваций играет подготовка профессионалов мирового уровня. В 2019 году на базе НИТУ «МИСиС» стартовала первая в стране интегрированная магистерская программа iPhD по направлению «Биоматериаловедение». Эта программа формирует новое поколение исследователей, способных решать междисциплинарные задачи на стыке инженерии, медицинских и биологических наук, что гарантирует дальнейший успех наукоёмких инициатив в России.
Включение лучших научных практик, поддержка талантливых кадров и реализация масштабных межведомственных проектов позволяют России уверенно двигаться к мировому лидерству в области биоинженерии и клинической имплантологии.
Пресс-служба НИТУ «МИСиС»
Источник: scientificrussia.ru
