Как исследования физиков могут повлиять на развитие травматологии и ортопедии? Об этом — в очередной публикации, знакомящей читателей “Поиска” с проектами, поддержанными грантами Президента РФ для молодых ученых.
Раньше практически единственным средством лечения при переломах был гипс. И если кость срасталась неправильно, то приходилось ее ломать и снова накладывать затвердевающую повязку. Сегодня в травматологии используются более совершенные технологии, скажем, вживляются биосовместимые имплантаты, благодаря которым кости сразу срастаются правильно и надежно. Над созданием нового перспективного поколения таких изделий работают сотрудники регионального межотраслевого центра инновационных технологий Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю.А. под руководством доктора технических наук профессора Игоря Родионова. Развитие исследований в этой области поддержано недавно грантом Президента РФ для молодых ученых.
Что же привлекло экспертов в проекте саратовских претендентов? Прошу руководителя работ рассказать о том, как они собираются улучшить свойства вживляемых имплантатов.
— Мы разрабатываем микропористые и наноструктурированные биосовместимые покрытия из химических соединений: оксидов нетоксичных металлов и нанокристаллов, — говорит Игорь Владимирович. — Эти вещества могут частично разлагаться в средах организма. Если их наносить на стоматологические и ортопедические имплантаты, то обеспечивается высокая прочность сцепления с костной тканью. Кроме того, получение металооксидных пленочных покрытий обходится, по предварительным расчетам, почти в 10 раз дешевле производства широко используемых сегодня дорогостоящих кальцийфосфатных материалов.
Еще мы работаем над созданием ресурсосберегающих технологических процессов модифицирования поверхностей металлических имплантатов при их термической обработке в реакционных газовых средах, таких как воздух, водяной пар, различные смеси газов. Изделия обдуваются горячей газовой средой, содержащей кислород, и на них образуются оксидные микро- и нанокристаллы. Эти крошечные кристаллики формируют объемную структуру, которая может стать самым стойким покрытием: костные клетки прорастут в его поры и составят с ним, по сути, единое целое. В этом случае отпадает необходимость использовать другие материалы для создания прочного биосовместимого слоя, поскольку такой слой получается в процессе газотермической обработки металла. Частицы его поверхности превращаются в оксиды, которые создаются, словно из воздуха. Одна из наших задач при разработке этой технологии — придание оксидным биосовместимым покрытиям противомикробных свойств, которые стимулируют факторы роста кости. Для этого мы модифицируем их электрохимическим способом, бактерицидными компонентами и биоактивными веществами, минимизирующими воспалительные процессы и ускоряющими приживление имплантатов в организме до 2,5 раза.
В последние годы различные методы нанесения оксидных покрытий начали активно разрабатывать и внедрять крупные инновационные компании многих развитых стран (Франции, Германии, США, Швеции, Испании и других). Это связано, в основном, с высокими технико-экономическими показателями производства и ресурсосберегающим подходом при изготовлении современных имплантатов повышенного качества. В этом главные достоинства таких технологий. При сложных экономических условиях развития нашей страны и особенностях конъюнктуры рынка медико-технических изделий они могут стать определяющим фактором успешного внедрения нашей разработки в различные направления регенеративной хирургии.
— А почему вам пришла идея заняться именно имплантатами?
— Интерес к функциональным свойствам различных материалов появился у меня еще в студенческие годы. Мне хотелось узнать, почему технические изделия из некоторых металлических сплавов могут вживляться в организм, например в костную ткань, и не вызывать при этом отторжения. С какими физико-химическими свойствами и структурными особенностями это связано? Как долго может находиться небиологический объект в организме? Что происходит с биотканями, которые соприкасаются с чужеродным телом? Какие явления в них возникают? Все эти вопросы привели меня к исследованию биосовместимости современных материалов, их качеств, послужили ориентиром в разработке новых технологий получения имплантатов для восстановительной стоматологии, травматологии, ортопедии.
Первые научные и практически значимые шаги в этой области были сделаны при подготовке кандидатской диссертации. Я разрабатывал технические решения по формированию функциональных покрытий из биосовместимых материалов на внутрикостных титановых имплантатах для зубного протезирования. Впоследствии результаты, полученные во время работы над диссертацией, стали основой для создания перспективных газотермических и электрохимических технологий.
— В таком сложном и ответственном деле, которым вы теперь занимаетесь, наверно, многое, если не все, зависит от слаженной работы, опыта и квалификации сотрудников?
— Наш большой творческий коллектив состоит из специалистов в области биомедицинского материаловедения, технологии металлов, биофизики и биохимии, ветеринарии, наноинженерии, челюстно-лицевой хирургии и хирургии опорно-двигательного аппарата. Особо стоит упомянуть молодых ребят — студентов, магистрантов, аспирантов. Они сознательно выбрали этот путь и активно участвуют в исследованиях.
Работы ведутся на стыке многих наук, что позволяет нам регулярно сталкиваться с новыми явлениями и процессами, протекающими в материалах, биологических системах, на границах раздела веществ. В какой-то степени у нас существует разделение научных обязанностей. Каждый сотрудник занимается одним и тем же объектом (имплантатом), но в своей области. Одни конструируют, другие разрабатывают рациональные процессы формообразования изделия, третьи изучают свойства и структуры образцов. Затем мы анализируем полученные результаты, проводим общую оценку работы, сопоставляем теоретические и экспериментальные данные. При обсуждении итогов проекта все его участники приобретают новый научный багаж. Такая схема исследований позволяет нам идти ускоренными шагами к намеченной цели, эффективно решать поставленные задачи. Создавать инновационные разработки для современной медицинской техники, развитие которой базируется исключительно на междисциплинарных знаниях, удается еще и благодаря тому, что сегодня у нас есть возможность пользоваться большим массивом научной информации из смежных областей.
— Что вам уже удалось сделать?
— Разработаны новые способы газотермического модифицирования имплантатов, высокоэффективное специализированное оборудование для обработки их поверхностей, созданы перспективные химические составы биосовместимых покрытий. У нас более 40 российских патентов.
Хотелось бы отметить, что значительная часть результатов получена благодаря привлечению собственных средств команды, которые верили в будущее разработок и их важную роль в науке. Много денег мы потратили на проведение лабораторных испытаний образцов и получение предварительных данных об уровне биологической совместимости разработанных покрытий. В испытаниях использовали дорогостоящие клеточные культуры и подопытных животных. Тестирование экспериментальных образцов позволило определить, насколько перспективно применение имплантатов с нашими авторскими покрытиями в реальной клинической практике лечения различных костных патологий опорно-двигательного аппарата и челюстно-лицевого отдела. И теперь уже нет сомнения в том, что наши разработки будут востребованы на рынке высокотехнологичных хирургических изделий.
— Какие работы собираетесь выполнить на средства гранта?
— Планируем изучить ранее неизвестные механизмы и особенности микро- и наноинтеграции оксидных покрытий имплантатов с костной тканью, определить, как взаимодействует их поверхность с биологическими структурами, разработать многофакторные физические модели биотехнической системы “имплантат с оксидным покрытием — биоткань”, исследовать влияние бактерицидных элементов и остеостимулирующих веществ в составе покрытий на процессы, протекающие в контактной зоне. Эти данные позволят заметно продвинуться в понимании сути и особенностей взаимодействия живой ткани и имплантируемого инородного тела, принципов создания медицинских изделий, способных длительное время выполнять свои функции в организме человека.
На основании полученных результатов будут созданы, опробованы и рекомендованы к внедрению имплантационные конструкции хирургического назначения с поверхностными микро- и нанопористыми металлооксидными пленочными системами, способными прочно срастаться с костной тканью.
— У вашей работы ярко выраженное прикладное значение. Собираетесь ли участвовать в продвижении ее результатов на рынок?
— Не побоюсь сказать, что планы у нас амбициозные, с большой перспективой. Высокоэффективные хирургические изделия для травматологии и ортопедии, которые станут итогом выполнения проекта, поддержанного грантом, будем внедрять в частные и муниципальные клинические учреждения соответствующего профиля. Эта работа непростая, требует привлечения специалистов по продвижению новаторских идей и управлению инновационной деятельностью. Этими навыками будем овладевать и сами. Кому, как не нам, в первую очередь, заботиться о рыночном будущем своих идей и разработок?
Для выпуска мелких партий новых имплантатов планируем в ближайшее время организовать на базе нашего университетского технопарка “Волга-техника” опытное производство, в реальных условиях которого “отшлифуем” особенности применения наших технологических подходов. А лучшие из созданных разработок предложим ведущим отечественным инновационным компаниям, занимающимся биомедицинскими технологиями.
Беседовал
Василий ЯНЧИЛИН
Фото из архива И.Родионова
и с сайта http://infomeda.ru
Нет комментариев