Ученые впервые успешно вживили 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 ветеринарной клиники «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.
«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.

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.
«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», — рассказывает главный врач «МедВет», к.в.н. Илья Вилковыский.
Команда Biomimetix планирует продолжить работу в области биомиметичного протезирования для ветеринарии.


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


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

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