Впервые успешно вживлен имитирующий структуру кости полимерный протез

Команда ученых малого инновационного предприятия Biomimetix, реализующего разработки НИТУ «МИСиС», впервые в мире успешно вживила имитирующий структуру кости биомиметический гибридный протез из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и титанового сплава в бедренную кость. Успешная операция была проведена по заказу одной из московских ветеринарных клиник «МедВет».

Операция по вживлению экспериментального биомиметического (схожего по структуре с тканями живого организма) протеза для собаки, больной остеосаркомой бедренной кости, была успешно проведена в августе 2018 года. Через несколько дней животное снова смогло ходить, и, по прогнозам, в скором времени подвижность восстановится полностью.

Остеосаркома (остеогенная саркома) – быстрорастущая раковая опухоль, клетки которой происходят из костной ткани, приводят к постепенному ее разрушению и, соответственно, потере подвижности. Остеосаркома – самый распространённый вид опухоли кости как у людей, так и среди животных.

Лечение обязательно включает в себя курс химиотерапии и оперативное вмешательство с удалением пораженной ткани. Передовые технологии позволяют проводить органосохраняющую операцию – в таком случае вместо удаленного участка кости ставится металлический, керамический или полимерный имплантат. Несмотря на то, что такие протезы позволяют восстановить подвижность, они сильно отличаются по структуре от костной ткани, и это может привести к ряду существенных затруднений.

Рис. 1 – Рентгеновский снимок задней конечности животного до операции. Остеосаркомой поражено почти 11 см костной ткани.

«Традиционные материалы для медицинского протезирования имеют ряд существенных минусов: например, титановые имплантаты принимают на себя слишком много нагрузки, предназначенной для кости, и последняя начинает истончаться. В такой ситуации кость на стыке с протезом может ломаться. Другой вариант – керамика, но она более хрупкая, что может ограничивать размеры возмещаемой костной ткани. Кроме того, структура этих материалов не позволяет им “срастаться” с костью – требуется постоянная плотная фиксация», – объясняет генеральный директор Biomimetix, научный сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» Федор Сенатов.

Команда Biomimetix уже несколько лет занимается разработкой биомиметических имплантатов. Ученые работают со сверхвысокомолекулярным полиэтиленом – зарекомендовавшим себя биосовместимым материалом – но модифицируют его уникальным образом, придавая имплантатам требуемую структуру. Это первый в мире опыт создания биомиметических протезов из такого полимерного материала.

Рис. 2 – Рентгеновский снимок задней конечности животного после установки имплантата.

По заказу сети ветеринарных центров «МедВет» в августе этого года команда Biomimetix разработала экспериментальный биомиметический протез бедренной кости для собаки с остеосаркомой.

«Поскольку собака оказалась крупной – дог, привыкла двигаться активно, а удалять требовалось порядка 11 см кости, протез было решено сделать гибридным. На титановую трубку, изготовленную методом 3D-печати нашими партнерами, компанией “Конмет”, мы нарастили слой сплошного сверхвысокомолекулярного полиэтилена, а внутреннюю часть выполнили из пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена, идентичного структуре губчатой кости. Во время операции часть покрытия срезали, чтобы «подогнать» имплантат к кости. Уже через несколько дней после операции собака смогла полноценно ходить. Если срастание полимера с костной тканью пройдет успешно, через какое-то время можно будет убрать фиксирующие пластины», – рассказывает Федор Сенатов.

Рис. 3 – Имплантаты с титановым армирующим компонентом, «губчатой» полимерной сердцевиной и «кортикальной» полимерной оболочкой.

«Мы с коллегами успешно провели операцию по протезированию. Имлпант прочный, его размер соответствует весу собаки и размерам кости. Здесь более важны отдаленные результаты, чтобы имплантат вжился, врос в кость. Тогда будет большой прогресс, но для этого нужно время. Пока мы наблюдаем за собакой – она сейчас проходит курс химиотерапии», – говорит главный врач «МедВет», к.в.н. Илья Вилковыский.

По словам разработчиков, на подготовку ушло 2 недели, за это время сделали:

— разработку дизайна имплантата по рентгеновскому снимку,
— 3D-моделирование,
— проведение компьютерных симуляций,
— разработку инженерных решений по изменению технологии создания гибридного имплантата,
— получение тестовых образцов,
— проведение механических испытаний,
— изготовление финального имплантата.

Автор: Selishcheva

Источник ^[1]