Биоинженеры изобрели сверхпрочный материал для протезирования костей

Новосибирские ученые первыми в мире изобрели сверхлегкий карбидный композит со сквозной пористостью, который может стать заменой титана.

Ученые Центра Мешалкина открыли материал для онкопротезирования костей, совместимый с МРТ.

– Получение биоинертного сверхпрочного материала со сквозной пористостью – краеугольный камень в поисках идеального решения для протезирования костей: чтобы организм не воспринял чужеродное тело импланта «в штыки» и не начал его со временем «выталкивать», костная ткань должна иметь возможность прорасти его насквозь, интегрироваться в его структуру. Если достичь этого эффекта не удается, в месте контакта с имплантом кость уплотняется, испытывает давление и со временем разрушается, из-за чего в случае тазобедренного сустава, например, врачам приходится уже через 5 лет проводить замену протеза, – рассказали в НМИЦ имени академика Е.Н. Мешалкина.

Десятки лет человечество пытается решить эту проблему, однако исследуемые соединения имели ряд недостатков. Так, тантал ограничен из-за высокой цены, 3D-печать из титана дает отличный результат и повсеместно внедрена в протезирование, но проведение МРТ-диагностики у пациента в дальнейшем ограничено.

По словам автора изобретения, заведующего лабораторией биопротезирования Центра Мешалкина, кандидата технических наук Владимира Хахалкина, в составе нового сверхлегкого композита – чистый карбид бора, одно из самых химически инертных, химически стойких и прочных соединений: не растворяется кислотами, не коррозируется, в целом «равнодушен» к биологическому и механическому воздействию, а значит, безопасен, а также не препятствует МРТ.

Кроме того, по российской технологии изделия дают усадку не более 2 %, в отличие от появлявшихся ранее в мире пористых керамик с усадкой от 20 до 40 %, что препятствовало их медицинскому применению.

– Факт – мы комплексно решили все эти задачи впервые в мире. Есть только 6-7 научных статей в мировой периодике, где вскользь упоминается, что карбид бора можно было бы использовать в качестве основы для импланта, но ни одного реального эксперимента не состоялось, потому что это один из самых твердых керамических материалов – его называют «черный алмаз». Сделать из него стандартными методами какую-то сложную форму путем механической обработки или методами горячего прессования, да еще и с пористой структурой – невозможно, – пояснил Владимир Хахалкин. – Мы добились сквозной пористости не за счет порообразующих добавок, а естественным путем: на одной из стадий изготовления происходит очень медленное удаление связующего органического вещества, которое предварительно вводится в качестве клея для придания целевой формы импланту. Остаются сквозные «маршруты выхода», которыми после имплантации смогут воспользоваться и клетки организма для миграции внутрь изделия. Кроме того, наш материал, как губка, впитывает различные виды жидкости, что открывает возможности в будущем пропитывать пористый имплант не только питательной средой для активного роста клеток, но и лекарственными растворами, что может быть крайне важно в онкологической практике.

Материал производится полностью из отечественного сырья на стандартном оборудовании, производимом, в том числе, и в России. А себестоимость цикла несколько дешевле, чем 3D-печать из титана.

– Никаких негативных реакций в месте имплантации нет, а на КТ и МРТ-снимках видны выраженная интеграция композита в кость, регенерация костной ткани в месте повреждения, а также более плотная фиксация импланта, чем в случае с гладкой поверхностью изделия из титана, – рассказал ведущий научный сотрудник Института онкологии и нейрохирургии НМИЦ им. ак. Е.Н.Мешалкина, врач-онколог Александр Жеравин об экспериментах по имплантации материала на животных.

Владимир Хахалкин отметил, что в отличие от титана, который досконально изучен, новое соединение неизвестно медицине. В перспективе ожидается внедрение материала в работу хирургов-ортопедов и онкологов, занимающихся протезированием при онкозаболеваниях костного аппарата.