В центре Мешалкина изобрели пористый материал для протезов — «черный алмаз» может заменить титан

Новосибирские биоинженеры Центра Мешалкина изобрели уникальный пористый материал — его смогут использовать в протезировании костей и зубов. Ученым удалось создать сверхпрочный композит подобного типа первыми в мире. Разработку представили на этой неделе на специализированной ярмарке в Москве. О разработке ученые сообщили и корреспонденту НГС.

Получение сверхпрочного материала со сквозной пористостью было особой задачей, так как существующие композиты человеческое тело может не принять и начать отторгать. Также импланты, например, из титана затрудняют диагностику с помощью МРТ.

— Чтобы организм не воспринял чужеродное тело импланта «в штыки» и не начал его со временем «выталкивать», костная ткань должна иметь возможность прорасти его насквозь, интегрироваться в его структуру. Если достичь этого эффекта не удается, в месте контакта с имплантом кость уплотняется, испытывает давление и со временем разрушается, из-за чего в случае тазобедренного сустава врачам приходится уже через 5 лет проводить замену протеза — довольно мучительное испытание для пациента, особенно пожилого, — подчеркнули в Центре Мешалкина.

Над решение этом проблемы бились во всем мире. Материал пытались создать из самых разных элементов. Новосибирские ученые объяснили, что в составе их нового сверхлегкого композита — чистый карбид бора.

— Это одно из самых химически инертных, химически стойких и прочных соединений: не растворяется кислотами, не коррозируется, в целом «равнодушен» к биологическому и механическому воздействию, а значит, безопасен, — подчеркнул Владимир Хахалкин, заведующий лабораторией биопротезирования Центра Мешалкин, кандидат технических наук.

Изобретенная российскими учеными технология позволяет изготавливать из карбида бора изделие нужной формы и структуры с усадкой не более 2%. В то время, как все появлявшиеся в мире пористые керамики имеют усадку от 20 до 40%, либо это керамика без сквозной пористости.

— Факт — мы сделали это впервые в мире, — отметил Владимир Хахалкин. — Есть только 6-7 научных статей в мировой периодике, где вскользь упоминается, что карбид бора можно было бы использовать в качестве основы для импланта, но ни одного реального эксперимента не состоялось, потому что это один из самых твердых керамических материалов — его называют «черный алмаз». Сделать из него стандартными методами какую-то сложную форму путем механической обработки или методами горячего прессования, да еще и с пористой структурой — невозможно.

Новосибирские ученые добились сквозной пористости не за счет порообразующих добавок, а естественным путем: на одной из стадий изготовления происходит очень медленное удаление связующего органического вещества, которое предварительно вводится в качестве клея для придания целевой формы импланту. Остаются сквозные «маршруты выхода», которыми после имплантации смогут воспользоваться и клетки организма для прорастания.

— Кроме того, материал, как губка, впитывает различные виды жидкости, что открывает возможности в будущем пропитывать пористый имплант не только питательной средой для активного роста клеток, но и лекарственными растворами, что может быть крайне важно в онкологической практике, — подчеркнул Владимир Хахалкин, заведующий лабораторией биопротезирования Центра Мешалкин, кандидат технических наук.

Методика изготовления оптимизирована и ориентирована на 100% отечественное сырье и стандартное оборудование, производимое в том числе и в России. Сам цикл производства по себестоимости сопоставим и даже несколько дешевле, чем 3D-печать из титана.

Ученые НМИЦ им. ак. Е. Н. Мешалкина уже провели первые успешные эксперименты по имплантации образцов нового материала в разные типы костных структур лабораторных животных.

— В отличие от титана, который исследован в мире «вдоль и поперек», наш материал неизвестен клинической медицине. Поэтому мы будем долго собирать данные, подтверждающие его безопасность для человека, несмотря на то, что своими глазами видим очень убедительные результаты, — подчеркнул ученый. — Также пока мы не догнали 3D-печать из титана в двух преимуществах: скорости изготовления и высокой точности моделирования изделия на основе КТ- и МРТ-снимков пациента. Но о типовых изделиях стандартной формы — например, имплантах для стоматологии, уже можно вести речь, и они будут в десятки раз дешевле импортных танталовых.

Сейчас эксперименты будут продолжены. Главная цель ученых — внедрить материал в работу хирургов-ортопедов и онкологов, занимающихся протезированием при онкозаболеваниях костного аппарата.

Этой осенью ученые из Новосибирска и Москвы первыми в мире провели уникальный эксперимент — они смогли с помощью особых клеток восстановить нормальный ритм работы сердца.