В Томском политехническом университете разработан полный цикл создания отечественных биорезорбируемых костных имплантатов — от материала для 3D-печати до изготовления самих имплантатов и модифицирования их поверхности. Уникальные разработки, позволяющие значительно сократить сроки лечения, запатентованы и уже апробируются в одном из известнейших и крупнейших медицинских учреждений — Центре Илизарова.
Коллектив лаборатории плазменных гибридных систем НОЦ Б. П. Вейнберга разрабатывает персонифицированные биорезорбируемые 3D-имплантаты с модифицированной поверхностью для замещения обширных костных дефектов. Среди основных областей их применения — замещение сегментарных костных дефектов и крупных дефектов трубчатых и плоских костей, дистракционный остеосинтез (восстановление скелетных деформаций и удлинение длинных костей), реконструкция альвеолярного отростка (восстановление объема и формы челюстной кости).
Политехники реализовали поэтапный цикл изготовления имплантатов (скаффолдов). Они начали с изготовления гранулированного композита с различным содержанием биоактивного наполнителя гидроксиапатита и его переработки в филамент. После 3D-печати ученые модифицировали поверхность изделия для стимуляции остеогенной дифференцировки клеток — превращения стволовых клеток в клетки костной ткани.
Полученные в итоге эластичные биорезорбируемые композиционные материалы на основе поликапролактона позволяют изготавливать как серийные имплантаты традиционными методами переработки полимеров, так и персонализированные 3D-имплантаты сложной формы. Ученые вместе с партнерами из Центра Илизарова получили уже пять патентов на разработки — в том числе на сам полимерный композиционный материал и способ его получения. Проект отмечен наградами Московского международного салона изобретений и инновационных технологий «Архимед», разработка включена Минздравом в перечень перспективных для коммерциализации («Витрины перспективных разработок»), опубликован ряд статей в научных журналах.
«Биорезорбируемые скаффолды выполняют функцию каркаса для регенерации тканей и являются альтернативой традиционным металлическим имплантатам. Со временем они полностью замещаются костной тканью. Процесс проходит без вреда для организма и не требует повторного оперативного вмешательства для удаления имплантата», — пояснил основной исполнитель исследования, младший научный сотрудник лаборатории плазменных гибридных систем ТПУ Глеб Дубиненко.
По его словам, биоактивные деградируемые имплантаты, насыщенные гидроксиапатитом, позволяют сократить сроки сращения кости и период послеоперационного восстановления.
«Среди основных преимуществ нашей методики — получение композиционного материала из раствора в виде микроразмерного порошка, что позволяет добиться высокой степени наполнения материала биоактивным наполнителем и сохранить исходные физико-химические и механические свойства полимера, — добавил молодой ученый. — Кроме того, модифицирование поверхности имплантата позволяет нам усиливать биоактивные свойства. Например, мы можем формировать дополнительный антибактериальный слой или биоактивный слой из фосфата кальция на поверхности имплантатов любой формы».
Среди основных потребителей технологии — пациенты травматологических, онкологических центров, стоматологических клиник, учреждения, занимающиеся лечением пациентов с врожденной патологией опорно-двигательного аппарата, посттравматическими и хроническими воспалительными заболеваниями костной ткани.
«Основная цель исследований — это всегда трансфер знаний в производство и практическую медицину. Мы очень благодарны партнерам из Национального медицинского исследовательского центра травматологии и ортопедии имени академика Г. А. Илизарова, ведь лишь объединение усилий ученых и врачей позволяет не только развивать передовые отечественные медицинские технологии, но и доводить полученные результаты до конкретных пациентов, адаптировать их к реальным потребностям и, как следствие, существенно улучшать качество жизни людей», — подчеркнул руководитель проекта, и. о. руководителя лаборатории плазменных гибридных систем ТПУ Сергей Твердохлебов.
В настоящее время имплантаты, изготовленные в ТПУ, уже успешно апробируются под руководством профессора Арнольда Попкова при лечении пациентов в Центре Илизарова.
«Сейчас мы говорим о 15–20 клинических случаях с благоприятной картиной лечения. Причем полученные результаты уже позволяют говорить о том, что наши с партнерами разработки и подходы позволяют сократить сроки лечения примерно в два — четыре раза», — подытожил руководитель проекта.
Он уточнил, что Центр Илизарова заинтересован в организации производства персонифицированных имплантатов для своих пациентов с использованием материала, разработанного в ТПУ.
По экспертной оценке, рынок биорезорбируемых полимеров уже оценивается примерно в 1 млрд долларов и, по прогнозам, к 2026 году достигнет 1,6 млрд долларов. При этом в данном сегменте рынка наблюдается стабильный рост спроса, так как спектр применения продолжает расширяться с развитием аппаратных средств, программного обеспечения и технологий.
«Рынок персонализированных биорезорбируемых медицинских изделий в России находится сейчас на стадии формирования. Существующие аналоги изготавливаются в ряде зарубежных стран и недоступны для российских пациентов, — напомнил Сергей Твердохлебов. — По оценке наших коллег из Центра Илизарова, с учетом мировых тенденций рынок биорезорбируемых имплантатов в России может составить 10% от общей мировой потребности, то есть 5 млрд рублей в год. А ожидаемая потребность в различных биоактивных имплантатах в России может составлять до 135 тысяч экземпляров в год».
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
