Нет, это не Гамлет. Это руководитель проекта к.ф-м.н. Фёдор Сенатов.
«В ходе новых экспериментов исследовательская группа смогла изучить структурные и механические характеристики полученных образцов как in vitro, так и in vivo, – прокомментировала работу ученых ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова. – Благодаря тесному сотрудничеству нашего университета, ведущего онкологического центра России и Государственного завода медицинских препаратов прорывное фундаментальное исследование ученых НИТУ «МИСиС» получило практическое развитие. В частности, результаты экспериментов in vivo позволили определить степень пористости внутреннего слоя и размеры пор, при которых происходит прочная фиксация в костном дефекте путем врастания соединительной ткани в имплантат».
Частичная замена костей, разрушенных из-за онкологических заболеваний, травм или хирургического вмешательства, остается важной медицинской проблемой. Только в России ежегодно проводится более 70 тысяч операций по восстановлению целостности поврежденной костной ткани. В мире таких операций проводятся сотни тысяч.
Костная ткань обладает естественной способностью к регенерации, но в случае больших дефектов она может быть недостаточной для полного восстановления кости. Поэтому сегодня для восстановления поврежденной костной ткани применяют различные виды имплантатов. Материалы, используемые для создания костных имплантатов, должны иметь целый ряд специфических свойств: быть биологически совместимыми с организмом человека или животного, обладать высокими механическими свойствами, обеспечивать полную замену костного дефекта и инициировать процессы регенерации костной ткани.
Внешний вид имплантов из сверхвысокомолекулярного полиэтилена: полностью пористого и гибридного (внешний сплошной слой, внутренний — пористый).
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен хорошо подходит под описанные критерии. Например, если говорить о механических свойствах, то по показателю прочность/собственный вес изделия из СВМПЭ превосходят сталь. Поэтому потенциально он очень хорошо подходил для изготовления пористых имплантатов, структура которых точнее всего имитировала бы пористую губчатую костную ткань. Однако чрезвычайно высокая молекулярная масса полимера не позволяет использовать традиционные методы создания пористой структуры (обычно их создают путем вспенивания).
Схематичное изображение кости, в которую вставлен двухслойный имплантат из СВМПЭ (его фото натуральное), у которого внешний слой сплошной, а внутренний — пористый. Показана микроструктура пористого слоя (сканирующая электронная микроскопия) и микроструктура губчатой кости (сканирующая электронная микроскопия кости собаки). Видно, что структура идентична.
Проблему удалось решить, применив методы твердофазного смешивания, термопрессования и промывки в субкритической воде. Таким хитрым способом коллектив российских ученых впервые в мире решил задачу по имитации сложной структуры губчатой костной ткани, создав многослойные СВМПЭ-каркасы (scaffold**) со сплошным внешним и пористым внутренним слоем.
«Наш скаффолд состоит из двух слоев, прочно соединенных друг с другом, – рассказывает о материале руководитель работ, научный сотрудник Научно-исследовательского центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» к.ф-м.н. Фёдор Сенатов. – Первый слой сплошной, он имитирует кортикальную кость для обеспечения механической прочности. Внутренний слой имеет поры определенного размера, поэтому может быть колонизирован клетками реципиента, чтобы ускорить срастание с окружающими тканями и обеспечить прочную фиксацию имплантата в зоне дефекта».
Фёдор Сенатов со своей командой
По мнению экспериментаторов, перечисленные особенности полученных скаффолдов на основе СВМПЭ открывают большие перспективы для создания биоимплантатов в восстановительной медицине, что и доказали ученые в новой серии экспериментов.
* Multilayer porous UHMWPE scaffolds for bone defects replacement
**scaffold* (скаффолд) – термин из тканевой инженерии (скаффолд-технологии используются для регенерации костной ткани).
Комментарии (52)
Alex_Hannibal
28.03.2017 11:06+1Поздравляю ребят! Молодцы!
Теперь хотелось бы увидеть данную технологию в практическом применении. Сам столкнулся с травмой, при которой часто требуется восстановление недостающего участка кости. Мне повезло и кость у меня была цела, а вот многим не везет и требуется операция латарже. Эта технология явно бы помогла в таких случаях.
Loki3000
28.03.2017 11:48100% вживленных образцов успешно прижились
Один прижившийся образец тоже может составлять 100%. Все-таки хочется понимать, насколько обширной была проверка?ivashkos
28.03.2017 12:05Насколько я знаю, испытания длились года три. И там далеко не одно животное, и даже не десять. Полномасштабные испытания.
Loki3000
28.03.2017 12:45Я и не сомневаюсь. Это претензия к подаче материала: уж если приводишь статистику, то хотя бы в общих чертах охарактеризуй размер выборки.
ivashkos
28.03.2017 12:50Очень тонкий момент, насколько я понимаю. Всегда есть шанс нарваться на грин, наш, такскзть, пис…
zartarn
28.03.2017 13:01Можно же сказать, «В качестве эксперимента было вылечено _столько_ животных с разного рода травмами». Гринпис же не цеплялся вроде к случаям, когда на 3д принтере, то клюв, то что то там еще печатали.
Другое дело нельзя будет уже уточнять откуда эти животные и т.д. так как там уже можно проверить :)
IIgorT
28.03.2017 12:56Ребята молодцы. Но как бы внедрить это дело в массы, так сказать
Virtual77
28.03.2017 14:37А похоже что ни как, в ближайшие лет 50 проще держать всех на аппаратах Иллизарова, ставить титановые пластины, протезы и т.д. Моему брату вставили реверсивный эндопротез плечевого сустава после ДТП и разрушения хирургической головки сустава. Мне кажется что в некоторых случаях данная технология просто не применима.
IIgorT
28.03.2017 15:04я об этом и не об этом. Любая идея, и люди её создавшие, желают в первую очередь её реализиции и внедрения. Ну не получится через 2 года в районных поликлиниках, применять параллельно с аппаратом Иллизарова, применять такую технологию, но есть более развитые станы где это возможно. Эта технология уйдет на экспорт, или замерзнет в реальности?
ivashkos
28.03.2017 16:09По правилам, несколько лет уйдёт на клинические испытания, сертификацию, уточнение протокола. Затем обучение хирургов — тоже дело не одного дня. Или вам прямщаснадо?
IIgorT
28.03.2017 16:15мне, тьфу три раза, сейчас не надо) Просто проект классный, и скорое внедрение его пользы бы много принесло
SenatovFS
28.03.2017 17:33+2Пробовали хирурги ветклиники. Им понравилось, так как с полимером работать гораздо удобнее, чем с титаном, который очень уж тяжело обрабатывается. А СВМПЭ режется стандартным хирургическим инструментом. Поэтому имплантаты из СВМПЭ можно дорабатывать для максимальной конгруэнтности, плотного прилегания в костном дефекте, прям в ходе операции
SenatovFS
28.03.2017 17:31+2Для внедрения работаем с Государственным заводом медицинских препаратов, который хотел бы открыть опытную линию производства. Но, действительно, процесс выхода на рынок подобных медицинских изделий ооочень долгий: 7-8 лет.
Поэтому, возможно, первыми пациентами будут животные ветклиник
Tachyon
28.03.2017 14:32+1Новость радостная, но ещё бОльшую радость вызывает вид этих открывателей и изобретателей- все молоденькие. Я не гоню старшее опытное поколение, но уже как то «давит» то что если кто-то что-то изобрёл/открыл, то этому кому-то уже столько лет, что он не то чтобы опыт передать, а покупаться в лучах славы не успевает…
Молодцы ребята! Рад за Россию!zartarn
28.03.2017 14:40Как это бывает в НИИ: есть профессор на котором все держится, и есть те кто работают там, кому надо статьи, публикации, кандидатские. И вот на идеях и основной работе этого профессора все и держится. Он ходит и «пинает» постоянно своих «подопечных». Он для себя уже все заработал, все есть, а им по работе надо как то проявить себя, НИРы и прочее. :)
Так что тут однозначно что то определить не так просто. ;)
А по статье, согласен, любо-дорого посмотреть. :)
NaHCO3
30.03.2017 05:44> все молоденькие
Видать, они ещё и лекарство от старости забабахали, просто испытания ещё не завершены, вот мы и не знаем.
mark_blau
28.03.2017 15:54Напечатайте мне зубов, пожалуйста, пары комплектов хватит на первое время.
SenatovFS
28.03.2017 17:35Для зубов, к сожалению, твердость не та)) Эмаль — один из самых твердых материалов в человеческом теле
sumanai
28.03.2017 20:29По моему- самый твёрдый. Впрочем, проблема имплантации зубов не в твёрдости, а в приживаемости и отсутствии у искусственных зубов связочного аппарата, что в итоге приводит к деградации кости и выпадению протеза.
glioma
28.03.2017 16:47+4Не знаю, уже десятки лет мы используем протакрил для пластики дефектов черепа, ни разу не видел отторжения, нагноения, прошло более сотни пациентов. Для имплантации в позвоночник используем пористый TiNi, прекрасный материал, очень не любимый забугорными специалистами, по причине его дешевизны, а значит много денег на нём не срубишь. По своим свойства пористый TiNi один в один человеческая кость, вживляется идеально, даже в гнойный очаг его имплантировали, приживался. Если межтеловой имплант в шейный отдел позвоночника из пористого TiNi стоит 5-6 тысяч, то западный минимум тысяч 40-60, потому даже во всех Федеральных нейрохирургических центрах устанавливаются забугорные системы, да ещё и пластины дополнительно, а пористый имплант не требует установки пластины, прекрасно держат сам.
Greendq
28.03.2017 17:47TiNi — это титан-ниобиевый сплав или что-то другое? Можно подробности?
glioma
28.03.2017 18:13+1Это сплав никелид титана, все известный сплав с памятью формы. Только для замещения кости используется особая его форма — пористый тикелид титана, получаемый спеканием при особых условиях микрогранул материала. Профессор Гюнтер и др. в г. Томске провёл огромное количество исследования различных вариаций данного материала. Информации в инете много.
https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ahUKEwjBn86xvPnSAhVLkywKHaRcDZIQFggcMAA&url=http%3A%2F%2Fcyberleninka.ru%2Farticle%2Fn%2Fissledovanie-vzaimodeystviya-poristogo-nikelida-titana-s-kostnoy-tkanyu-v-eksperimente.pdf&usg=AFQjCNF49GGhrlnVoUnuK2IB8yAeshUd9g&sig2=_jtD5gbgFdgyOQBBB4hFxg
SenatovFS
28.03.2017 17:50+1У каждого вида материалов есть свои плюсы и свои минусы. Конечно, пластина из СВМПЭ уступает по мех.свойствам титановым сплавам. Но превосходит металлические имплантаты по легкости интраоперационной доработки для достижения максимальной конгруэнтности. Преимуществами по сравнению с керамическими имплантатами является большая трещиностойкость и ударная прочность (СВМПЭ, кстати, используется в бронежилетах и касках). По сравнению с ауто- и аллотрансплантами — простота стерилизации.
Особенностью указанной разработки является возможность совмещать в одном имплантате сразу несколько слоев из СВМПЭ, которые имеют разные функции. Поэтому, как бонус, внешний сплошной слой может быть нагружен антибактериальным агентом (мы это проверяли на амоксициллине) или цитостатиком, а внутренний слой может быть заселен клетками пациента (мы это проверяли на мультипотентных мезенхимальных стромальных клетках мышей, крыс и собак).glioma
28.03.2017 18:07Никто не спорит, Ваш материал, скорее всего очень хорош. Вопрос лишь в цене. Если упаковки протакрила ценой 10 тысяч рублей, хватает на 5-6 пластик дефектов черепа, то зачем человеку имплантировать титановую пластину за 30-50 тысяч рублей. А ведь далеко не у всех есть деньги на индивидуальную титановую или распечатанную на 3D принтере пластину.
SenatovFS
28.03.2017 18:25+1Стоимость исходного порошка СВМПЭ, из которого получаем имплантаты, 12 000 руб/кг. Себестоимость готового гибридного имплантата (массой 50 г) — менее 10 000 руб.
Исходный порошок (он уже одобрен FDA для использования в медицине) производится сейчас только зарубежом. Мы изначально делали все на экспериментальном порошке производства «Казаньоргсинтез», но, к сожалению, они перестали его выпускать. Возможно, в ближайшем будущем российское производство СВМПЭ будет возобновлено. И тогда стоимость исходного сырья будет ниже.
Но! К сожалению, отпускная цена имплантата зависит не только от технологии производства и сырья, но и от затрат на маркетинг, сертификацию и др.
С Вашим комментарием полностью согласен. Поэтому мы сейчас рассматриваем два возможных продукта на основе этой разработки: (1) заготовки имплантатов по типоразмеру, форму которых сами хирурги могут дорабатывать, стоимостью до 10 тыс. руб, и (2) индивидуализированные имплантаты с точной формой по КТ/МРТ, заселенные клетками пациента. Стоимость их будет порядка 60-80 тыс.руб.glioma
28.03.2017 18:29Огромное Вам спасибо, что хоть кто-то, хоть что-то делает в нашей стране, а значит мы можем верить в наше будущее. Наш регион — Курганская область, к сожалению очень беден, но надеюсь, что когда-нибудь познакомимся с Вашими технологиями.
ivashkos
28.03.2017 18:35Как сказал один умный человек: «Деньги в бюджете есть всегда, но их никогда нет на всё». Обоснуете необходимость вкладывать в ваше направление, и деньги появятся.
Kriminalist
29.03.2017 11:10"Нет, это не Гамлет. Это руководитель проекта к.ф-м.н. Фёдор Сенатов с теми самыми имплантами."
Точно с теми самыми? ;)
А из серьезного — категорически не советую нагружать имплант антибиотиками. Резистентность — это угроза реальная, один из актуальных лозунгов ВОЗ — сохраним антибиотики для потомков.
Bukvva
А насколько долговечен данный полимер?
После врастания в него костных тканей он будет разрушаться?
vad_nes
Период биодеградации — 6-8 месяцев, за это время он будет замещен костной тканью, а сам имплантант рассосется.
stAndrew
Полиэтилен же вроде очень инертный материал и может существовать столетиями. Неужели организм может его расщеплять? И какие вещества образуются в процессе распада полиэтилена, насколько они токсичны, легко ли выводятся?
ivashkos
Помаленьку внутри организма всё-таки расщепляется. Насколько токсичны продукты распада, можно проверить, полизав свечку :) Ибо парафины — они и в Африке парафины.
stAndrew
Пример со свечкой иррелевантен. Потому что разные пути введения — энтеральный и парентеральный. Если бы свечной парафин мог всасываться в кишечнике, люди бы питались парафином.
ivashkos
ОК. В таком случае хочу напомнить, что проверка безвредности вводимого в организм вещества происходит на стадию раньше. И раз уж дошло до живых объектов, то за безопасность самого материала и продуктов его распада уже можно не беспокоиться.
stAndrew
Вопрос был о том, действительно ли организм человека может расщеплять сверхвысокомолекулярный полиэтилен, каковы продукты распада и как они выводятся из организма. А если не выводятся, то где остаются. Я не увидел ответов на эти вопросы ни в новости, ни в абстракте статьи.
Проверка безопасности проводится во время трёх стадий клинических исследований, о которых я тоже ничего не нашёл. Может вы где-то видели результаты?
vad_nes
Мы попросили Федора зайти сюда и ответить на вопросы, ответов на которые у нас нет. Я надеюсь, скоро он вам ответит.
Foolleren
Где-то тут обсуждали как организм расщепляет нанотрубки с помощью перекиси водорода, думаю пластик ждёт та же участь.
RedSnowman
В давние времена, проститутки увеличивали грудь инъекцией парафина.
Squoworode
Представил себе процесс всасывания парафиновой свечи в кишечник. Теперь хочу это развидеть.
SenatovFS
Абсолютно верно. СВМПЭ — дико инертный материал, как химически, так и биологически. Окислительная деструкция идет только при механическом износе в ходе трения, при облучении ионизирующим излучением и др., и в таком случае могут образовываться радикалы.
Для протезов костей такие условия функционирования нехарактерны
ksil
То есть он не рассасывается и не замещается костной тканью?
SenatovFS
Он не рассасывается. Это именно постоянный имплантат.
Для улучшения прорастания костной и соединительной ткани поры такого имплантата можно предварительно перед имплантацией нагружать белковыми факторами роста и/или клетками пациента
ksil
https://geektimes.ru/company/misis/blog/287402/#comment_9968824
Тут пишут что будет разлагаться.
SenatovFS
Это ошибка. СВМПЭ не разлагается
SenatovFS
СВМПЭ не является биорезорбируемым полимером. Поэтому из него успешно делают вкладыши эндопротезов тазобедренного, коленного и плечевого сустава, а также используют в спинальной хирургии. В организме он может существовать постоянно.
В эндопротезах его используют по 10-15 лет, потому что в чистом виде он подвержен износу и, как следствие, окислительной деградации. При функционировании в костях износа, как в суставах, нет. Поэтому потенциально использовать можно неограниченно долго. В этом преимущество скаффолдов из СВМПЭ