Ученые Приволжья разработали новый материал, имитирующий свойства кости

Ученые Приволжского исследовательского медицинского университета (ПИМУ) совместно со специалистами Института металлоорганической химии РАН разработали инновационный костнозамещающий материал для лечения переломов и опухолей костей. Он, как и природная кость, обладает неупорядоченными порами разного размера. Это принципиально важное отличие от существующих костнозамещающих материалов: эксперимент показал, что поры разного размера увеличивают приживаемость собственной кости к искусственному материалу. Кроме того, материал будет насыщен антибиотиком, позволяющим избежать развития инфекции после имплантации. По совокупности признаков аналогов такому материалу в мире еще не существует.

Разработка представляет собой композитный материал, обладающий 70%-й пористостью, а также системой открытых взаимосвязанных пор размером от 1 до 50 микрон. Это обеспечивает высокие адгезивные свойства (сцепление) поверхности материала и клеток человека, а также позволяет циркулировать газам и жидкостям внутри имплантируемых материалов.

Материал выглядит как белый легкий полимерный брусок. Он изготавливается в лаборатории под нужный размер и устанавливается вместо утраченного участка кости. Сквозь материал прорастает собственная кость пациента. Со временем материал частично биодеградирует, поэтому извлекать его не нужно.

«По сути это имитация природной кости, но с использованием синтетических материалов. По совокупности признаков, аналогов разрабатываемому нашими специалистами материалу в мире нет», — отметил доктор медицинских наук, ректор ПИМУ Николай Карякин.

В ходе экспериментов, проведенных на кроликах, ученые выяснили, что новый материал хорошо встраивается в организм и не вызывает побочных клинических проявлений. Костная ткань, которая прорастает сквозь него, более плотная, чем при использовании стандартного костнозамещающего материала.

«Результаты оценивались с помощью клинического, морфологического методов и МРТ. Прототип биосовместим. Регенерация костной ткани сопоставима с регенерацией при использовании материала на основе ксеногенной кости. Костная ткань, которая проросла сквозь новый материал, оказалась более плотной, чем в контрольной серии, где мы использовали стандартный применяемый в клинике материал. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности дальнейшей работы с этим материалом для замещения костных дефектов с целью оптимизации остеогенеза при повреждении костной ткани», — рассказал доктор химических наук, заведующий лабораторией фотополимеризации и полимерных материалов Института металлоорганической химии им. Г. А. Разуваева РАН Сергей Чесноков.

Необходимые свойства материала определялись исходя из реальных клинических потребностей. Инфекционные осложнения после установки костнозамещающих материалов — одна из основных проблем травматологии и ортопедии. Поэтому планируется модифицировать материал, насытив его антибиотиком широкого спектра с эффектом постепенного высвобождения. Это позволит не только профилактировать инфекцию, но и лечить уже инфицированные костные дефекты.

«В первую очередь материал может применяться для восстановления губчатых костей. Это, например, позвонки, диафизы трубчатых костей и др. Сейчас у материала достаточная для проведения операции прочность, но мы стремимся ее увеличить для замещения крупных костных поражений, дефектов компактных костей», — рассказала кандидат биологических наук, заведующая лабораторией биотехнологий Университетской клиники ПИМУ Марфа Егорихина.

Разработка нового костнозамещающего материала ведется в рамках стратегического проекта ПИМУ «Трансляционная регенеративная медицина» программы «Приоритет 2030».