Interfax-Russia.ru – Сверхэластичные протезы для пациентов с дефектами мягких тканей придумали сибирские ученые. Также среди ноу-хау костный цемент и способ защиты от инфекций после имплантирования.
Ученые лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов Томского государственного университета (ТГУ) создали биосовместимые имплантаты для замены, армирования и восстановления мягких тканей человека. Конструкцию изготовили из сплава никелида титана (TiNi). Сначала из него получили проволоки толщиной 60-90 микрометров. Затем специальный станок "связал" их в металлотрикотажную сетку, которой придали необходимую форму.
"Необходимость в замещении, восстановлении или поддержании мягких тканей у пациентов возникают в разных ситуациях, например, у онкобольных людей после удаления злокачественных образований. Речь идет о дефектах разных мягких тканей – кожи, мышц, стенки кровеносных сосудов, сухожилий, связок, внутренних органов", — сообщила старший научный сотрудник лаборатории Гульшарат Байгонакова.
По ее словам, для имплантатов такого назначения очень важно, чтобы они вели себя подобно "родным" тканям человека – то есть могли многократно деформироваться и восстанавливать свою исходную форму.
"Была изучена выносливость конструкций. (…) Испытания показали механически устойчивую обратимую циклическую сверхэластичную деформацию TiNi проволоки в интервале до 8% (для сравнения: у большинства металлических медицинских материалов максимальная обратимая деформация достигает лишь 0,2%, при этом использовать их можно только в статических условиях нагрузок)", — сообщили в пресс-службе ТГУ.
В дальнейшем в ТГУ планируют изучить совместимость имплантатов из сплава никелида титана с биологическими тканями. Исследования будут проводить на клеточных культурах, на лабораторных животных, а также на базе ряда медицинских учреждений Томска.
"Наличие надежного биоинтерфейса между имплантатом и биологической тканью является основным показателем успешности применения имплантата. Если имплантат не прижился, это может быть из-за коррозии, недостаточной эластичности или нестабильных функциональных свойств имплантата", — сказала Байгонакова.
Исследование проводится в рамках мегагранта Российского научного фонда (РНФ) "Реология интерфейса сверхэластичный сплав покрытие – биологическая ткань" (благодаря нему в Томском госуниверситете и появилась лаборатория сверхэластичных биоинтерфейсов). Результаты своей работы ученые уже представили на международных конференциях в Москве, Санкт-Петербурге, Томске, Греции, а также на конкурсе инновационных разработок "РосБиоТех-2021".
По данным вуза, способ получения материала для имплантатов научный коллектив лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы Сибирского физико-технического института ТГУ запатентовал в 2020 году. Материал создан на основе биосовместимого пористого никелида титана (TiNi) с добавлением порошка титана (Ti).
"Такой способ позволяет получать высокопористые материалы на основе TiNi и достигать при этом эффект памяти формы и сверхэластичность, за счет реализации мартенситных превращений. Имплантаты из TiNi-Ti отличаются биосовместимостью, высокой прочностью, коррозионной стойкостью и долговечностью. При этом они подобны структуре костных тканей организма человека", — сообщали в вузе.
Этот сплав — никелид титана — новосибирские ученые планируют использовать для собственного эксперимента. Они задумались о защите имплантатов костей и суставов от различных инфекций. И предлагают наносить покрытие из благородных металлов или добавлять в материал имплантов антибиотик.
"Осложнения, вызванные инфекцией, встречаются часто, примерно в 10-40% случаев, и зависят от того, какие костные дефекты мы замещаем. Больше всего трудностей возникает при операциях в области таза. Любая инфекция, например кариес, тонзиллит, ОРВИ, может через кровь попасть в ту зону, где располагается имплантат. Бывает, что инфекция заносится во время операции. У онкологических больных ситуация усугубляется сниженным иммунитетом, в том числе из-за предоперационной химиотерапии", — сообщало издание "Наука в Сибири" СО РАН со ссылкой на заведующего научно-исследовательским отделом онкологии и радиотерапии НМИЦ имени академика Е.Н. Мешалкина Александра Жеравина.
Бактерии, которые вызывают воспаления в области металлических имплантатов, могут образовать на их поверхности пленку, в которой патогены хорошо выживают, в результате медики не могут полностью подавить бактериальный агент с помощью антибиотиков и чаще всего вынуждены проводить новые операции: удалять конструкцию и заменять ее новой.
По данным издания, сначала химики будут работать с опытными образцами сплава, предназначенного для изготовления имплантатов, наносить наноструктурное покрытие с антибактериальными свойствами.
"Мы планируем на клеточных культурах изучить совместимость покрытий с живыми объектами, а затем проверить их эффективность в бактериальных средах. После этого проведем доклинические испытания уже готовых изделий на мини-пигах", — уточнил Жеравин.
В качестве модели ученые выбрали конструкцию, замещающую реберный каркас. Ее изготовят в Томском государственном университете из никелида титана.
Тем временем, специалисты кемеровской компании "Цемед" создали новый вид костного цемента (медицинский композитный материал на основе полиметилметакрилата для фиксации полимерных или металлических компонентов эндопротеза на живой кости), который позволит сократить риск осложнений при эндопротезировании.
"За счет внедрения в состав костного цемента различных наполнителей, например, наноразмерных частиц оксида титана, ученые улучшили физические и механические свойства материала. Инновационный состав имеет повышенную прочность, а наличие оксидных частиц позволяет снизить риск осложнений в процессе и после имплантации", — говорится в сообщении пресс-службы правительства региона.
Внедрение технологии не только позволит избежать дефицита востребованного в ортопедии материала, но и откроет возможность для создания прочих композитов для применения в различных сферах медицины.
"Проект находится на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, подана заявка на получение патента. Продуктом уже заинтересовались российские компании, реализующие медтехнику и расходные материалы", — отметили в пресс-службе правительства.
По данным региональных властей, компания получила статус резидента инновационного центра "Сколково", а проект, в рамках которого был создан новый вид костного цемента, был включен в Кластер биологических и медицинских технологий.
