Сибирские ученые разработали имплантаты со свойствами «живой» ткани

ЭкспертНаука

Протезы будут вести себя по-человечески

Сибирские ученые разработали материал для изготовления имплантатов, который придает им свойства «живой» ткани: при физиологических нагрузках они ведут себя как костная ткань человека

Сергей Куликов

Новые имплантаты смогут «жить» в организме человека

Мировой рынок одних лишь имплантатов для замены тазобедренного сустава в прошлом году превысил семь миллиардов долларов. В России по итогам 2019-го объем рынка изделий для травматологии и ортопедии оценивался в 21–22 млрд рублей. Ожидается, что сектор производства эндопротезов (протезов, полностью воспроизводящих работу какого-либо органа и/или части тела) будет расти со скоростью примерно 3–5% в год. Свою долю на этом рынке могут получить томские ученые, которые завершают разработку пористых сверхэластичных имплантатов.

Испекли мы позвонок

Сергей Аникеев

Если взять одну из самых распространенных сегодня проблем — необходимость замены травмированного позвонка, — то без установки титановой пластины, стержня или другой конструкции никуда не деться. Однако эта конструкция будет жесткой, и она всегда будет иметь одну и ту же форму.

«Традиционные материалы — титан, тантал, нержавеющая сталь — не способны под действием нагрузки деформироваться на большую величину, чем гуковская (по закону Гука) деформация 0,1 процента, с сохранением исходных размеров», — поясняет старший научный сотрудник лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы Сибирского физикотехнического института Томского госуниверситета (СФТИ ТГУ) Сергей Аникеев.

Из таких материалов делают высокопрочные спицы, штифты, пластины, чтобы под действием нагрузок в организме человека они не изменили свою форму. Устройства на их основе выполняют только конструкционное назначение. Таким образом, в организм человека, где все находится в движении, внедряется неподвижный имплантат.

«Например, при реконструкции тела поясничного позвонка необходимо восстановить поврежденный фрагмент, — поясняет Сергей Аникеев.— Для этого необходимо удалить поврежденные ткани и на их место установить пористый имплантат в виде куба, параллелепипеда, цилиндра или любой другой формы, которую смоделировал хирург. Этот имплантат за счет проницаемой структуры и биосовместимости прорастает костными тканями организма и гармонично функционирует в структуре восстановленного позвонка. Материалы же на основе никелида титана совместно деформируются с окружающими тканями организма. Они “живут” вместе с организмом».

Как поясняют разработчики, их задачей было получить такой материал для имплантатов, который был бы биосовместимым, высокопрочным, коррозионно-стойким и долговечным. Решить ее удалось с помощью добавок порошка титана к пористому порошковому сплаву на основе никелида титана. Добавки позволили регулировать коэффициент пористости и достигать при этом эластичного поведения и эффекта памяти формы. Как отмечают новаторы, эластичный пористый материал на основе TiNi способен изменять свою форму в пределах от 6 до 7%. По словам Аникеева, для создания разработанных пористых материалов использовалась технология диффузионного спекания порошкового сплава TiNi.

Материалов с эффектом памяти формы сегодня довольно много, признают исследователи ТГУ. Но только TiNi обладает оптимальным набором свойств для использования его в качестве материала для создания имплантатов. «Единственный его недостаток (который является следствием его высоких свойств) — плохая способность к резанию, шлифовке и другим механо-термическим обработкам при производстве», — уточняют они. Поэтому приходится использовать качественные инструменты и оборудование, что приводит к удорожанию технологии.

Попытки внедрить в медицинскую практику подобные новации предпринимались неоднократно. Например, были разработаны и внедрены фиксаторы для остеосинтеза лицевого скелета и костей конечностей, тел позвонков и фрагментов таза, устройства для создания межкишечных и желудочно-кишечных анастомозов, эндопротезы для сосудистой хирургии, материал для замещения дефектов тканей, опорные каркасы трахеи, бронхов и пищевода, зубные имплантаты, ортодонтические системы и литейные медицинские сплавы, кератопротезы, шовный хирургический материал.

Как уточняет Сергей Аникеев, работа его группы базируется на научной школе, основанной профессором ТГУ Виктором Гюнтером. Ее специализация — разработка имплантируемых устройств и инструментария, используемых в различных областях медицины.

Разумеется, на исследования требовались средства. Как пояснил Сергей Аникеев, работа была поддержана Российским научным фондом (РНФ) в рамках специального гранта для молодых ученых. На три года им было выделено 15 млн рублей.

Вопрос цены

Имплантаты активно используются в медицинской практике, они востребованы. Другое дело, насколько большим спросом будут пользоваться имплантаты из нового материала.

Определяющей здесь может стать цена.

«Комплекс уникальных характеристик устройств на основе TiNi позволяет решать сложнейшие медицинские задачи, — говорит Сергей Аникеев. — Ведется активное сотрудничество с клиниками и ведущими научно-исследовательскими институтами Москвы, Казани, Томска, Новосибирска, Красноярска, Иркутска и многих других городов России». По его словам, производство широкого спектра имплантируемых устройств сосредоточено в томском научно-производственном предприятии «Медико-инженерный центр сплавов с памятью формы».

В планах остается работа в области разработки пористых и пористомонолитных материалов на основе никелида титана с усовершенствованным комплексом конструкционных и функциональных свойств. «Мы стремимся создать и улучшить пористый материал, который обладает максимально подобными свойствами с тканями организма человека», — говорит Аникеев.

В свою очередь в ответ на запрос «Эксперта» специалисты одного из ведущих в стране центров трансплантологии — Уральского клинического и лечебно-реабилитационного центра им. В. В. Тетюхина (Нижний Тагил, Свердловская область) — отметили, что предлагаемая технология уже сегодня широко применяется в вертебрологии (направление медицины, занимающееся изучением и объяснением влияния каждого позвонка на организм) и при изготовлении кейджев (заменители позвоночных дисков, изготавливаются из специализированного пластика), применяемых при стабилизации позвоночника и замещении межпозвоночных дисков. Что же касается новаций от СФТИ, то их сначала необходимо опробовать, говорят в центре, специалисты которого следят в том числе за аналогичными разработками по внедрению сплавов карбона и титана.

Со стороны медиков появление новых материалов встречает поддержку, но при некоторых исключениях. Как пояснил главный врач нижнетагильского центра, в котором проводится более шести тысяч операций и 50 тысяч консультаций ежегодно, травматолог-ортопед и кандидат медицинских наук Сергей Амзаев, нынешняя потребность медиков выражается даже не в количестве материала и продукции, которую выпускают с его участием. На первый план выходит вопрос доступности как самого материала, так и его производных.

«Чем более оптимальной будет цена конечного продукта, удобства его установки, и надежность использования, тем больше мы будем заинтересованы в том, чтобы его рекомендовали для медицинских целей», — отметил он.

Впрочем, по словам Сергея Амзаева, возглавляемый им центр открыт для более глубокого сотрудничества с представителями прорывных технологий. Например, он может выступить в качестве экспериментальной базы для дальнейшей разработки предлагаемых материалов.

Но назвать даже ориентировочную стоимость производства имплантатов сейчас затруднительно. «Дело в том, что и имплантаты бывают разные, и объемы также различные, — поясняет Аникеев. — Устройства персонализированы и изготавливаются под решение конкретной медицинской задачи с учетом физиологических и анатомических особенностей конкретного пациента». Но в любом случае они будут стоить дешевле зарубежных аналогов, уверяют разработчики нового продукта.

Без аллергии

В то же время старший научный сотрудник НИТУ МИСиС Андрей Коротицкий считает предлагаемую технологию не совсем проработанной. Несмотря на то, что она уже запатентована. «Подобные материалы, так же как и предложения об их применении, были известны еще с шестидесятых годов прошлого века, — говорит он. — Были и попытки внедрить их в жизнь. Причем не всегда успешные. Не надо забывать, что никель — это канцерогенный металл, как и его соединения, свойства которых до сих пор тщательно не изучены». Так что к вопросу внедрения в жизнь таких материалов, по его мнению, следует относиться с особой осторожностью.

«Вопросы канцерогенности и биосовместимости давным-давно изучены, материалы безопасны и активно применяются в развитых стран мира, — парирует Сергей Аникеев. — Применение различных устройств на основе никелида титана в лечебной практике разрешено агентством министерства здравоохранения и социальных служб США. К тому же и российские клиники успешно покупают импортные стенты для восстановления просвета сосудов при сердечно-сосудистых заболеваниях. И изготавливают их из нитинола (американское название сплава)».

Разумеется, аллергия на никель (как и на алюминий, железо, медь и далее по таблице Менделеева) — известный факт. Но он вовсе не означает что из-за этого можно ставить под вопрос использование таких сплавов в медицине, считают сибирские ученые.

Фото: предоставлены компанией

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Скандий не желает сплавляться Скандий не желает сплавляться

Сплавы металлов с редкоземельным скандием не востребованы в промышленности

Эксперт
Викиномика Викиномика

Как массовое сотрудничество изменяет все

kiozk originals
«Не стоит разменивать науку на деньги» «Не стоит разменивать науку на деньги»

Виктор Садовничий — о полномасштабной реформе МГУ

Огонёк
Вопрос психологу: что такое синдром самозванца? Вопрос психологу: что такое синдром самозванца?

Синдром самозванца — это не медицинский диагноз, но он может испортить жизнь

Esquire
Ловушка для богатых Ловушка для богатых

Как бездомные меняют американскую экономику

Эксперт
Европа в западне Европа в западне

По плечам ли Европе борьба с терроризмом?

Огонёк
Магнит тянет в полет Магнит тянет в полет

Как решиться на кардинальное изменение к лучшему своей транспортной системы

Эксперт
Из тьмы веков, из топи блат Из тьмы веков, из топи блат

Кто жил на землях, на которых в XIII веке возникла литовская держава?

Дилетант
«Без этого мы не страна» «Без этого мы не страна»

Без производства микроэлектроники невозможно считаться суверенной страной

Эксперт
«Остров дядюшки Сэма» «Остров дядюшки Сэма»

Слава Алькатраса вышла далеко за пределы США

Дилетант
Как брат брату Как брат брату

Разговор по душам с Игорем Верником

OK!
Светит, но не верит Светит, но не верит

Кино как религия и аддикции в новом фильме Гаспара Ноэ

Weekend
Тайная связь с Кубой Тайная связь с Кубой

История переговоров между Вашингтоном и Гаваной

kiozk originals
Как создать идеальную холостяцкую берлогу: 6 секретов джентльмена Как создать идеальную холостяцкую берлогу: 6 секретов джентльмена

Твоя комната — твои правила

Playboy
8 неприятных побочных эффектов похудения (да, они есть) 8 неприятных побочных эффектов похудения (да, они есть)

К чему стоит быть готовым, садясь на диету

Playboy
20 ошибок при самостоятельном окрашивании волос, которых легко избежать 20 ошибок при самостоятельном окрашивании волос, которых легко избежать

Что греха таить: все мы периодически красим (и портим) волосы дома

Cosmopolitan
Глицин сформировался в условиях темного межзвездного облака Глицин сформировался в условиях темного межзвездного облака

Это говорит о более широкой распространенности данной аминокислоты во вселенной

N+1
Нет цензурных слов. Почему Россия бьется за свободу слова, а ей не верят Нет цензурных слов. Почему Россия бьется за свободу слова, а ей не верят

Власти жалуются на цензуру свободного общества

СНОБ
Карабах-2020. Военно-аналитический разбор Карабах-2020. Военно-аналитический разбор

50 тезисов о войне Азербайджана и Армении. Почему пала оборона Карабаха

Эксперт
Мало, мало, мало огня Мало, мало, мало огня

Год, когда непостижимость божественного замысла включилась на максимум

Tatler
Игры на Андроид с сюжетом: топ-7 Игры на Андроид с сюжетом: топ-7

Топ игр для Андроид с сюжетом, среди которых также бесплатные приложения

CHIP
Почему стандартные ванны обычно короче человеческого роста Почему стандартные ванны обычно короче человеческого роста

Рассказываем, кто и зачем придумал делать ванны короткими

Популярная механика
«Хаммер» вернулся после 11-летнего отсутствия «Хаммер» вернулся после 11-летнего отсутствия

Главный мачо автомобильного рынка снова в деле

Maxim
Шпалера со смыслами Шпалера со смыслами

Фламандская шпалера середины XVI века

Дилетант
«Милые люди Олимпиад не выигрывают» «Милые люди Олимпиад не выигрывают»

Фехтование как материал для блокбастера

Огонёк
«Лернинг ту флай» — невыдуманная история летающего внедорожника «Лернинг ту флай» — невыдуманная история летающего внедорожника

Этот летающий внедорожник звали «Ротабагги»

Maxim
«Пережив смерть дочери, я понял, что такое семья» «Пережив смерть дочери, я понял, что такое семья»

История из жизни отца и писателя Бориса Мирзы

Psychologies
Дизайнер костюмов сериала «Корона» о том, как создавались образы королевской семьи Дизайнер костюмов сериала «Корона» о том, как создавались образы королевской семьи

Художник по костюмам Эми Робертс — почему иногда хочется послать все к черту

GQ
В воде обнаружили перекись водорода. Никто не понимает, откуда она берётся В воде обнаружили перекись водорода. Никто не понимает, откуда она берётся

Учёные обнаружили — в каплях воды при конденсации образуется перекись водорода

Популярная механика
Гордей Петрик о новом фильме Андрея Кончаловского «Дорогие товарищи!» Гордей Петрик о новом фильме Андрея Кончаловского «Дорогие товарищи!»

Фильм «Дорогие товарищи!» — высказывание мастерское, мощное, но хитрое

СНОБ
Открыть в приложении