Чаще всего переломы у детей происходят на небольших костях — лучевых, подключичных и других. В некоторых случаях хирургам приходится скреплять сломанное металлическим имплантом, а после срастания кости — удалять «отработавший» материал, то есть повторно резать ткани. Физики Томского госуниверситета по запросу врачей создали такой имплант, который может контролируемо «исчезать» из организма без хирургического вмешательства.
После серии финальных испытаний, которые пройдут этой осенью, томичи готовы приступить к доклиническим исследованиям. Подробности — в специальном проекте Tomsk.ru и Томского госуниверситета «Технотренды».
Какие импланты ставят детям?
Строго говоря, нет деления на «детские» и «взрослые» импланты — есть деление по функциональности. Физики-материаловеды ТГУ уже много лет производят для людей импланты из никелида титана двух типов — в виде сетки (например, для армирования сосудов или мягких тканей) и в виде монолитного пористого материала (когда нужно заместить фрагмент кости, находящейся под постоянной механической нагрузкой, например, тазобедренной). Так, сетчатые сверхэластичные импланты, которые способны «расти», детские хирурги готовятся использовать для восстановления связок и сухожилий.
Никелид титана предназначен для пожизненного функционирования: поставили, он «прирос», про него забыли. У детей же часто происходят переломы костей, которые будут расти. Имплант необходим в качестве «подложки» для нарастания новой костной ткани — сама по себе на пустом месте она не образуется.
Но после завершения процесса остеогнезеа (костеобразования), который длится около двух месяцев, приходится делать повторную операцию: вскрывать ткани и удалять имплант. Понятно, что такое вмешательство в идеале было бы исключить, — поясняет доктор физико-математических наук, заведующая лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Екатерина Марченко
Как решить проблему роста костей?
Импланты можно делать из биорезорбируемых материалов — таких, которые растворяются в организме, выполнив свою функцию, и при этом не причиняют вреда, потому что элементы сплава способны метаболизироваться без образования токсинов. Подходящий в этом случае материал — магний и его сплавы (например, магний-кальций-цинк), но проблема в том, что он не выдерживает необходимых двух месяцев — при взаимодействии с жидкостью начинает коррозировать и распадаться раньше.
К нам обратились врачи Екатеринбургской детской областной больницы с запросом — создать такой материал, чтобы он деградировал контролируемо, в течение нужного времени. До этого они два года сотрудничали с одним из московских университетов, но так и не получили материал с нужными характеристиками. Нашей задачей было подобрать такое покрытие, которое будет защищать саму магниевую матрицу от окисления, — говорит Екатерина Марченко.
Одно из направлений работы Лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ — как раз создание биоактивных покрытий для имплантов. Например, на никелид титана наносится слой из кальция фосфата, и это увеличивает приживаемость в два раза.
Хирурги, которые работают с изделиями университетских материаловедов, удивляются: при установке обычных титановых имплантов пациента нельзя «кантовать» пару дней, чтобы не дай бог не сместился имплант. Никелид титана «прилипает» мгновенно — организм сразу принимает его как свой.
В чем ноу-хау томских ученых?
На первом этапе исследований томичи работали совместно с корейскими учеными из Сеульского национального университета. В рамках международного гранта они разработали покрытия для магниевых сплавов на основе нитрида титана. Материал казался перспективным, но испытания на животных показали: он способен сдержать коррозию в течение месяца, а потом начинается неконтролируемая локальная коррозия.
Следующим этапом стало сотрудничество с томской компанией «МАНЭЛ», которая занимается микродуговым оксидированием. Это уникальная томская технология нанесения оксидно-керамических покрытий на поверхность изделия, в результате чего повышается его коррозионная стойкость, адгезия, — рассказывает Екатерина Марченко. — Имплант помещается в электролит, в котором могут быть растворены разные элементы. Мы попробовали добавить туда фосфор — и получили отличный результат! Установили имплант кролику, провели контрольную КТ — и показали, что процессом деградации можно управлять.
Подложка импланта сделана из магниевого сплава, покрытие (оно наносится толщиной 10 и 20 микрометров) состоит из фтора, фосфора и кислорода. Этот вариант хорош для случаев, где требуется «нарастить» участки небольших косточек, на которых нет механических или опорных нагрузок. В том числе может использоваться для реконструкции лицевых костей.
Сейчас аспирантка лаборатории проводит эксперименты в Институте физической химии и электрохимии имени Фрумкина РАН — ей нужно проверить коррозионную стойкость материала с новым покрытием в специальных растворах и с механическими нагрузками. Если все свойства подтвердятся, ученые будут готовиться к доклиническим испытаниям.
По словам Екатерины Марченко, обычно их разработки довольно быстро внедряются. «Потому что мы работаем под задачи, — поясняет она. — У нас много партнеров в Сибири и на Урале, к нам обращаются врачи с конкретной проблемой, и мы эмпирическим путем их решаем. От идеи до готовности в серию проходит два года, еще два года нужно, чтобы пройти цикл испытаний — доклинических и клинических».
