Чем удивил коллектив томских молодых ученых российское правительство?
Хорошая новость пришла в Томск. Группа молодых ученых удостоена премии Правительства РФ за инновационные решения в области медицины. Речь идет о разработке технологий и оборудования модифицирования медицинских материалов умных имплантатов для персонализированной регенеративной медицины.
Четверо из команды, в том числе научный руководитель Сергей Твердохлебов, представляют НИ ТПУ, одна участница – НИИ онкологии Томского НИМЦ РАН. В составе группы сотрудник университетского Научно-образовательного центра Бориса Вейнберга Анна Козельская, инженеры центра Елена Солдатова и Александр Федоткин и младший научный сотрудник лаборатории НИИ онкологии Томского НИМЦ Ирина Ларионова.
Титан ношу с собой
Мир не стоит на месте. И сегодня человечество испытывает огромную потребность в прорывных технологиях не только в сфере коммуникаций, компьютерных технологий, но и в медицине. Свою нишу в ней заняли томские исследователи. Они разработали технологию и оборудование нового поколения для нанесения биоактивных покрытий на имплантаты, а также создали композитные биодеградируемые структуры, способствующие заживлению костей. С их помощью хирурги смогут массово восстанавливать костную ткань, оперировать сложнейшие повреждения лица, головы и не только…
В чем же состоят научный успех томских исследователей и перспективы использования предлагаемых разработок, их новизна и актуальность?
Многим, кто получал серьезные травмы конечностей, знакома ситуация, когда после сложных переломов костей для их скрепления врачи устанавливали специальные титановые пластины, которые через определенное время необходимо демонтировать. Технология отработана и применяется долгие годы. Вот только не все подобные имплантаты хорошо приживаются в человеческом теле. Да и не любой пациент готов на такой «демонтаж» – операции весьма болезненны. Вот и живут тысячи людей с титановыми пластинами в руках и ногах с ноющими болями в непогоду, смущая полицейских в аэропортах звоном при прохождении досмотровых рамок. Ученые всего мира не первый год работают над тем, чтобы создать такие имплантаты, которые бы заменили чуждый организму металл и смогли со временем без вреда раствориться.
Говоря простым языком, это специальные композитные элементы, материалы, с помощью которых можно заделать трещину кости, исправить ее дефект или вообще обмотать кость, что будет способствовать быстрому заживлению, приживаемости. Со временем, выполнив свое предназначение, такой материал растворится в организме. Так что жутковатые скрепляющие металлические пластины не понадобятся.
– Развитие и совершенствование гибридных материалов для регенеративной медицины актуально сейчас во всем мире. Ученые и врачи стараются сделать медицину щадящей, – рассказывает руководитель научного коллектива, разработавшего биосовместимые покрытия, доцент НОЦ Б.П. Вейнберга ИЯТШ ТПУ Сергей Твердохлебов. – Эту задачу они пытаются решить не одно десятилетие, используя самые разные подходы. Для того чтобы травмы и раны быстрее заживали, поверхность медицинских имплантатов должна быть биосовместимой, то есть максимально похожей на живые ткани человека. Это может быть достигнуто с помощью нанесения специальных покрытий. Например, металлические стержни, которые хирурги использовали для этих целей ранее, часто приводили к осложнениям. Сейчас мы на стальные спицы, которые отторгались организмом, наносим с помощью разработанной нами установки высокочастотного магнетронного напыления специальное кальций-фосфатное покрытие. Оно по составу очень близко к костной ткани и хорошо приживается в организме, не дает риска осложнений.
А исследования коллег из НИИ онкологии показали, что новация обладает еще и противорецидивным эффектом, что особенно важно для сложных случаев с онкологическими больными.
Тренды и перспективы
– Проект направлен на разработку материалов для персонализированной медицины, – уточняют разработчики. – Это направление является актуальным трендом в медицинском материаловедении, в котором, к сожалению, долгие годы наблюдался застой. К примеру, за прошлый век не был достигнут значительный прогресс в сокращении скорости сращивания переломов. Это объясняется отсутствием современных материалов для восстановления дефектов структуры костной ткани. Регенеративного же потенциала организма самого пациента зачастую не хватает для быстрого и качественного восстановления утраченных функций. Персонализированная медицина учитывает индивидуальные особенности травмы или патологии, а также организма пациента в целом. Разработка и внедрение в производство новых материалов медицинского назначения позволяет расширить спектр их возможных свойств. Тем самым обеспечить индивидуальный подход к лечению пациента за счет того, что выбор используемого имплантата будет осуществляться исходя из индивидуальной потребности пациента, а не из материалов, имеющихся в наличии.
На вопрос, в чем заключается их научный прорыв, они почти хором отвечают:
– Прорыв заключается в разработке и внедрении технологии модифицирования металлических и полимерных имплантатов медицинского назначения путем осаждения на их поверхность покрытий, близких по химическому составу к минеральной части человеческой кости.
Исследование носит одновременно фундаментальный и прикладной характер. Разработанные технологии и оборудование модифицирования поверхности позволяют изготавливать персонифицированные имплантаты с необходимым комплексом свойств, а их применение – сократить сроки лечения, реабилитации пациентов, что обусловливает прикладную значимость проекта. В то же время концепция умных имплантатов обоснована фундаментальными исследованиями в области медицинского материаловедения.
А мы все вместе!
Члены научного коллектива настаивают: это была командная работа, проведенная совместно как с сотрудниками ТПУ – Евгением Балабасовым, Виктором Игнатовым, Ксенией Станкевич – и других университетов Томска, так и с технологическими партнерами, в частности с ООО «Микросплав». У каждого в ней своя роль. Руководитель проекта Сергей Твердохлебов сформулировал и обосновал концепцию умных материалов и гибридных имплантатов, поставил цели и задачи проекта, организовал изготовление материалов и их комплексное исследование.
Анна Козельская обеспечила координацию действий сотрудников коллектива. Под ее руководством был проведен ряд экспериментов, проанализированы и интерпретированы результаты исследований.
Елена Солдатова занималась формированием покрытий умных имплантатов для персонализированной регенеративной медицины методом микродугового оксидирования. Ею были отработаны и предложены режимы формирования таких покрытий на титановых имплантатах, проведены работы по нанесению покрытий на имплантаты, используемые в клинической практике.
Александр Федоткин предложил и отработал режимы формирования мультикомпонентных покрытий на имплантатах методами ионно-плазменного напыления, изготовил экспериментальные образцы, выявил закономерности формирования ультратонких покрытий и их свойства.
А Ирина Ларионова отвечала за проведение исследований биологических свойств новых материалов, разработала систему для оценки in vitro остеогенных и иммуномодулирующих свойств скаффолдов с модифицированной поверхностью. Она проводила клеточные исследования, без которых разработанные материалы не были бы допущены до экспериментальной клинической практики по соображениям безопасности. Медики в этом проекте сыграли огромную роль, подтвердив на деле возможность кооперации материаловедов, биологов и врачей.
Коллективу удалось совместить опыт руководителя проекта с творческим потенциалом и энергичностью молодых. Команде удалось не только развить концепцию умных имплантатов, но и передать разработанные технологию и оборудование индустриальному партнеру проекта ООО «Остеомед-М», а также довести разработку до практического применения в клинической практике. К примеру, в ФГБУ «НМИЦ ТО имени академика Г.А. Илизарова» (г. Курган) было пролечено свыше 300 пациентов с укорочениями нижних и верхних конечностей различной этиологии.
…И это только начало. Есть уверенность, что яркий, талантливый коллектив молодых исследователей и разработчиков ждет не только научный успех, но и широкое применение их научных методик и разработок в повседневной практике.
Автор: Андрей Суров