Поиск - новости науки и техники

Пересилить перелом. Здоровье вернет биокерамика

Непривычный на вид и на ощупь, шероховатый и губчатый, очень легкий “кубик”… Медики сразу скажут, что он похож на кость, если посмотреть на нее в разрезе. Необычный этот материал из биокерамики и композитов найдет применение едва ли не во всех хирургических операциях: костной, лицевой и нейрохирургии, а также онкологии, ортопедии, стоматологии – словом, везде, где нужно заменить или “починить” разрушенную костную ткань. А сделали его в лаборатории керамических композиционных материалов Института металлургии и металловедения им. А.А.Байкова РАН.

– Мы стремимся, чтобы по своим характеристикам наши конструкции приближались к натуральной кости: были легкими и выдерживали немалые нагрузки, – рассказывает один из создателей биоматериалов, ведущий научный сотрудник, доктор технических наук Владимир Комлев. – Это не значит, конечно, что хрупкую по природе биокерамику на основе фосфатов кальция можно испытывать с помощью молотка. Но в тех случаях, когда искусственная кость не должна “бояться” даже сильных ударов, в ее состав добавляют биополимеры. Прочность увеличивается в два-шесть раз.
Условно этот способ получения можно сравнить с древним методом обжига керамической посуды: закладываем в форму синтезированный порошок и обжигаем при температуре около 1200 градусов. Такова традиционная технология, и мы ее иногда применяем. Но она явно не годится для создания биосовместимых материалов, ведь в организме человека формирование тканей происходит при физиологической температуре – всего 37 градусов. Вот один из современных методов формирования биокерамического имплантата – технологии трехмерной (3D) печати, основанной на послойном изготовлении твердых копий компьютерных образов. Методология включает в себя создание компьютерной модели, разделение ее на слои и последовательное – слой за слоем – изготовление твердого 3D-объекта. Так, по компьютерной модели создается сложная конструкция: точная копия участка утраченной кости пациента, которую нам надо “заменить” (рекомендую интересующимся данной тематикой ознакомиться со статьей в журнале Materials Today, импакт-фактор которого 10.850, DOI: 10.1016/j.mattod.2014.01.015 – это одно из наиболее цитируемых в области материаловедения изданий). Имплантат помещаем в то место, где произошло повреждение, и формируется новая костная ткань с учетом всех особенностей, присущих организму больного. Процесс очень сложный, требующий постоянного контроля: ведь мало того, что существует множество параметров костной ткани, так они еще и постоянно варьируются. И это также необходимо учитывать в процессе разработки материалов медицинского назначения.
– Но какими бы совершенными ни были ваши материалы, организм может их отторгнуть?
– Да, для организма человека даже самая лучшая конструкция, созданная учеными, – чужеродное тело, которое он не воспринимает как “родное”. Поэтому нужно было разработать, смоделировать практически те же процессы, что происходят внутри человека: чтобы организм не заподозрил обмана, не заметил, что произошла подмена. В сотрудничестве с медиками мы создаем более эффективные, активированные (оптимизированные) материалы по трем основным направлениям: постгеномное, клеточное и генное. Они разделены по природе биологически активного компонента, входящего в их состав: факторы роста, клетки или гены соответственно. Таким образом, можно обмануть организм: добиться от него восприятия искусственной ткани как своей собственной. Чтобы достичь этого, нужно иметь обширные фундаментальные знания в области биологии, изучить процессы образования и роста костной ткани. В идеале, мы стремимся к тому, чтобы искусственная кость со временем менялась, даже “обновлялась” вместе с организмом человека.
– Сколько материалов вы уже получили, используя свой метод?
– Мы работаем в самых разных направлениях, стараясь удовлетворить разнообразные требования реконструктивно-восстановительной хирургии. Десятки конструкций находятся в разной степени готовности. Одна из них – остео­пластический материал из предшественников образования костной ткани (статья в журнале ACS Applied Materials&Interfaces. Импакт-фактор: 5.900, DOI: 10.1021/am502583p). В исследованиях участвовало девять организаций. Совместными усилиями мы получили результаты, которые превзошли зарубежные. Теперь намереваемся создать препарат для остеопластики костных дефектов. Замечу: за рубежом ничего подобного нет.
– Как медики относятся к вашим разработкам?
– Сотрудничаем со многими крупными медицинскими центрами, клиниками и университетами, причем с некоторыми из них работаем уже более 15 лет. Вместе ведем фундаментальные и прикладные исследования, изучаем составы материалов. Медики испытывают наши структуры на животных и в клиниках. К сожалению, путь от лабораторной разработки до серийного производства, включая регистрацию медицинского изделия, занимает иногда десятилетия. Но бывают и приятные исключения.
– Если представить, что в недалеком будущем все ваши разработки удастся, как говорится, довести до ума, какие возможности откроются перед медиками?
– Они получат целый набор материалов, благодаря которым качество множества хирургических операций резко возрастет. Ведь наши структуры помогают прорастанию костной ткани и ее формированию, поэтому заживление ран и переломов пойдет значительно быстрее, реабилитация больных ускорится в разы. И, что очень важно, нам не потребуется закупать эти материалы за рубежом, тратя немалые средства. Возможно, что иностранные фирмы начнут приобретать некоторые наши технологии.
– Но освоить серийный выпуск ваших изделий, наверное, сложно?
– Да. Нужны высокопрофессиональные кадры и средства, поэтому без государственного финансирования не обойтись. Перенести производство из лаборатории в цех – дело достаточно сложное и трудоемкое. Хотя у нас уже есть такой опыт: при институте создано малое инновационное предприятие ООО “БиоНова”, выпускающее новые материалы небольшими сериями. Но сегодня требуется достаточно крупная фирма, которая поставила бы производство этих устройств на поток. В общем, достичь можно всего: были бы желание и финансы…
В заключение добавим, что Владимир Комлев окончил МИСиС, диплом по физике металлов готовил в Германии. В поисках интересной и перспективной темы пришел в РАН и уже более 15 лет занимается биосовместимыми материалами. Владимир Сергеевич – автор более 150 статей и 15 изобретений, лауреат премии Президента Российской Федерации в области науки и инноваций для молодых ученых за 2011 год. Под его началом – восемь увлеченных исследованиями молодых специалистов (кстати, в лаборатории их можно застать и в выходные, и в праздники).
– Сначала казалось, что сумею “разобраться” со всеми проблемами, связанными с биокерамикой, достаточно быстро, – говорит Владимир Сергеевич, – но на деле все вышло иначе. Конечно, хочется завершить эти разработки и дождаться их освоения, чтобы они помогали людям, облегчали их страдания. Но удастся ли? Будучи по натуре пессимистом, на жизнь я все-таки смотрю с оптимизмом. А как же иначе?!

Юрий ДРИЗЕ
Фото Андрея Моисеева

Нет комментариев