Долгоиграющий грызун. Перспективные имплантаты успешно прошли испытания

1 сентября 2024 5 мин.

Честь протестировать эффективный и перспективный имплантат выпала вполне себе здоровой и крупной крысе. (Всякой разной мышке новинка явно пришлась бы не по росту.) Но на всякий случай разработчики предусмотрели меры предосторожности: чтобы грызун не попытался избавиться от непонятно откуда взявшегося «подарка», магниевую пластину (размером 8 на 8 мм и толщиной 1 мм) с кальциево-фосфатным покрытием расположили вдоль позвоночника крысы, чтобы она не смогла до нее добраться и в то же время чтобы пластина не помешала бы ей резвиться.
Дальневосточных ученых не столько интересовали лечебные достоинства сделанного ими имплантата, сколько им важно было убедиться в его безопасности. Доказать, что организм грызуна не увидел в нем врага. Что и подтвердили испытания: новаторский материал не токсичен — отторжения не произошло.
Ведущий разработчик выдержавшего экзамен материала старший научный сотрудник лаборатории композиционных покрытий биомедицинского назначения Института химии ДВО РАН, кандидат химических наук Константинэ НАДАРАИА (на снимке) уже лет десять занимается созданием имплантатов из металлов.
Сначала из титана, теперь из магния. Экспериментировал с различными покрытиями, стремясь получить надежный и безвредный материал. Константинэ Вахтангович — автор более 60 статей, входящих в ведущие международные базы данных Web of Science и Scopus, лауреат премии «Есть за что!» для молодежи Владивостока в области образования, просвещения и науки. Обладатель гранта РНФ 22-73-10149 для руководителей молодежных научных групп «Имплантационные материалы нового поколения с таргетной доставкой лекарственных веществ» (в его рамках и проводилось данное исследование), а также стипендии президента и нескольких крупных компаний.
— Почему вы обратились к магниевым сплавам, а не к широко применяемым титановым?
— Мы работаем и с ними тоже, но не в данном случае. Титан — в некотором роде золотой стандарт для имплантационных материалов. Ведь благодаря своей биоинертности — слабому взаимодействию с живыми структурами и жидкостями — он снижает риски использования имплантатов.
Однако исследователи по всему миру ищут замену титановым материалам. Причина в некоторых их недостатках. Механические свойства титана и его сплавов таковы, что приводят к снижению плотности костной ткани. Он даже способен вызвать так называемый «эффект экранирования напряжений»: из-за более высокого модуля упругости титановый материал «снимает» часть нагрузки с кости, что может привести к отторжению имплантата.
К тому же при эксплуатации титановых «деталей» из-за их износа могут выделяться наночастицы металла, что также ведет к негативным последствия вплоть до необходимости повторной операции.
В отличие от титановых магниевые сплавы по механическим свойства ближе к костной ткани и обладают биорезорбцией — способностью растворяться в живом организме. Однако магний, бесспорно, уступает по некоторым своим свойствам: он, скажем так, не «держит удар».
Металл еще и коррозирует, выделяя при этом водород, а его пузырьки в состоянии «травмировать» окружающие ткани, и большое количество ионов магния. Это может привести к гибели клеток — понятно, что это совершенно не тот эффект, к которому мы стремимся.
Наша команда использовала один из сплавов магния — МА8, в котором, с одной стороны, нет токсичных компонентов, с другой — он хорошо резорбируется (то есть растворяется или рассасывается) в организме. А наше кальций-фосфатное покрытие напоминает по составу и структуре костную ткань и содержит гидроксиапатит — ее основной минеральный компонент.
Более того, оно имеет развитую поверхность, как я говорю, напоминает губку, что увеличивает площадь контакта между костью и имплантатом. (Такие покрытия мы можем получать и на титановых сплавах, но в данном случае нас интересовали именно магниевые материалы.)
И еще одно наше ноу-хау. Для предотвращения имплантат-ассоциированных инфекций, а они часто становятся причиной не только отторжения имплантата, но в ряде случаев и летального исхода, мы дополнительно ввели в материал антибиотик. Результат налицо.
Испытания подтвердили высокие качества имплантатов и не вызвали нареканий биологов и медиков. Наши материалы найдут применение при самых разных переломах, где необходимы легкость и резорбция материала. И где могут быть использованы костные винты, спицы, стержни и многое другое.
— Как медики относятся к вашим разработкам?
— Они в курсе наших экспериментов, призывают нас работать еще быстрее и даже подсказывают, в каком направлении нужно «копать». Но есть среди них и более осторожные. Они руководствуются старым проверенным принципом «не навреди» и призывают не торопиться. Нас устраивает и эта точка зрения — мы рассматриваем ее как положительную.
— Есть ли аналоги у ваших материалов?
— Да, несколько крупных компаний, прежде всего немецких, производят магниевые импланты. Но есть и российская фирма. Однако по сравнению с продукцией зарубежной наши материалы обладают очень важным преимуществом: я уже его называл, это присутствие антибактериальных качеств.
Более того, различная поверхность пор позволяет внедрять в них различные биоактивные компоненты. Это значит, что мы можем придавать нашим материалам самые разные свойства, включая, подчеркну, противоопухолевые и антирезорбтивные. Это особенно важно, когда речь идет о помощи пожилым пациентам. (При раке кости операция по внедрению имплантата сопровождается дополнительными рисками. Для их снижения можно использовать имплантаты с нашими покрытиями, содержащими противоопухолевые вещества.)
— Вы пишите статьи. Как коллеги в мире на них реагируют?
— Мы публикуемся в ведущих журналах первого квартиля. Недавно вышли две статьи в журнале Journal of Magnesium and Alloys. Скажу так: наши работы обращают на себя внимание коллег — на них ссылаются, и откликов бывает немало.
— Найдут ли ваши материалы свою нишу на мировом рынке производства магниевых имплантатов?
— Это зависит от надежности получаемого продукта и его высокого качества. Считаю, что наши покрытия обеспечат выпуск именно таких имплантатов, поэтому, надеюсь, у них не будет проблем с «трудоустройством». В первую очередь за счет их вариативности.
Мы можем наносить их на титановые и магниевые сплавы, и по минеральному составу они фактически будут повторять костную ткань. В зависимости от внедряемых компонентов могут обладать антибактериальными, антирезорбтивными и противоопухолевыми свойствами. Или всеми сразу.
— Когда, по вашим расчетам, начнется применение имплантатов?
— При самых благоприятных условиях — в первую очередь финансировании наших работ, а также при успешном проведении доклинических и клинических испытаний магниевых материалов, затем их госиспытаний и сертификации — возможно, мы уложимся в десять лет. Но это минимальный срок, ведь речь идет о медицине.
А я за это время рассчитываю получить многочисленные предложения по их использованию. Мы продолжаем исследования по созданию коррозионностойких покрытий и супергидрофобных поверхностей. Они найдут применение во многих отраслях промышленности, например, в авиастроении, автомобилестроении, кораблестроении. Проектов много. Вопрос: как одновременно их продвигать? Но до пенсии надеюсь управиться.