Молодые ученые из НИТУ «МИСиС» разработали новую технологию создания имплантатов из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Имплантаты, обладающие уникальной структурой, будут применяться для замещения дефектов локальных участков костной ткани у людей и животных. Они легко обрабатываются в процессе операции, а за счет пористой структуры быстро приживаются в теле пациента.
Созданный по новой технологии имплантат имитирует структуру костной ткани. Он состоит из двух типов слоев — внутреннего пористого и плотного внешнего. При вживлении в организм губчатая структура позволяет образующимся кровеносным сосудам и тканям прорастать в имплантат и успешно ассимилировать его в костной системе. Сплошной слой выполняет армирующую функцию, неся на себе основную нагрузку.
Для изготовления имплантата специалисты используют мелкодисперсный порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена размером около 100 микрометров. Для образования пор в порошок вводится поваренная соль высокой степени очистки. На специальном оборудовании и в определенных режимах смесь прессуют в монолитный материал. Затем под большим давлением и при высокой температуре из него вымывают соль водой, сохраняющей жидкое состояние при температуре от 100 до 374 °С и давлении от 218 атмосфер (субкритическая вода). Заготовку имплантата сушат и армируют с одной стороны сплошным слоем сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
В верхние слои имплантата вводится защитный антибактериальный состав, который позволит защитить организм от проникновения инфекции в место имплантации и избежать воспалений. Пористую часть имплантата засевают клетками, взятыми из костного мозга пациента, и белками, стимулирующими прорастание этих клеток в костную ткань.
Имплантаты будут применяться при травмах или онкологических заболеваниях для замещения локальных участков трубчатой костной ткани. Речь идет о плоских костях, подвергающихся слабым или средним нагрузкам — тазовых костях, костях черепа, лопатках и т.д. Технология также найдет применение в ветеринарии.
«Наши имплантаты имеют несколько существенных достоинств. Во-первых, они изготавливаются из легкого прочного материала, выдерживающего слабые или средние нагрузки (предел прочности на сжатие до 80 МПа). За счет уникальной структуры наши заготовки превосходят аналоги из Европы и США по своим прочностным характеристикам. Во-вторых, материал обладает высокой пластичностью. Во время операции хирург имеет возможность подрезать и выровнять имплантат, что невозможно, например, в случае с титановыми имплантатами. В-третьих, пористая структура занимает 80% объема заготовки имплантата, благодаря чему имплантат быстро обрастает тканями и кровеносными сосудами. Кроме того, материал стоит недорого. Примерная себестоимость заготовки имплантата размером 50 см3 без заселения клетками и белками составляет около 10 000 рублей», — рассказал научный сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» Федор Сенатов.
Работа над созданием новой технологии изготовления имплантатов длилась четыре года и продолжается по настоящее время. Сейчас успешно завершена часть доклинических испытаний. Ученые уже подали две заявки на российские патенты и планируют получить международный патент. В ближайшее время специалисты собираются выпустить бесплатную пробную партию имплантатов для ветеринарных клиник.
