Кости, идентичные натуральным
Эксперт: мы разработали имплантаты, помогающие «выращивать» новую кость
Заседание Международного научного совета НИТУ «МИСиС», прошедшее на днях в вузе, собрало ведущих материаловедов мира. Один из членов совета – профессор факультета науки и технологии материалов Израильского института технологии «Технион» Элазар Гутманас – рассказал РИА Новости о том, как создаются материалы и приспособления на их основе, способные быть одновременно заменой человеческой кости, каркасом для врастания костной ткани, фиксирующим приспособлением, способным нести нагрузку (вместо гипса) и емкостью для постепенного выделения антиинфекционных или антиопухолевых лекарств. Также он высказал своё мнение по поводу того, что нужно для того, чтобы молодые российские ученые были интегрированы в мировую науку.
– Элазар, вы разрабатываете высокотехнологичные материалы, обладающие целым набором разных функций. Как они называются и для чего нужны?
– Мы работаем в нескольких направлениях. Я остановлюсь на разработке биорезорбируемых нанокомпозитов, способных нести нагрузку. Что значит «биорезорбируемые»? Такой материал должен через несколько месяцев, выполнив свою функцию, полностью раствориться в организме, а его место займёт натуральная/естественная ткань.
Под нанокомпозитами понимается многокомпонентный материал. В нашем случае мы пытаемся имитировать натуральную кость: 70 или более объемных процентов составляет биорезорбируемый наноструктурный апатит – основа кости, а в качестве пластичной связки («клея») вместо коллагена мы используем биорезорбируемый наноструктурный полимер или металл. Наноструктура не только имитирует кость, но и обеспечивает высокую прочность.
– Основные направления использования прочных биорезорбируемых
материалов – замена человеческой кости или стенты для сердечно-сосудистой системы.
Для чего же нужны саморассасывающиеся заменители кости?
– Современная медицина предпочитает не оставлять в теле, если это возможно, инородные материалы, которые могут вызвать осложнения через длительный промежуток времени. Наши конструкции способны не только нести нагрузку, избавляя пациента от фиксации и повторной операции для её удаления, но и способствуют быстрому заживлению с постепенной заменой имплантата натуральной костной тканью. Это необходимо для пациента с костью, разрушенной в результате аварии или при опухолевом процессе.
Пациенту вживляют скаффолд (пористый каркас) из нашего материала, в котором постепенно прорастают кровеносные сосуды, поставляющие питание для роста кости.
Цель – через несколько месяцев на месте этого каркаса получить натуральную кость.
– То есть, этот каркас имеет специальные отверстия для сосудов?
– Скаффолд-каркас должен иметь сообщающуюся систему крупных пор. Для врастания кровеносных сосудов размер пор должен быть в диапазоне 50-400 микрон.
Кроме того, в структуре каркаса при его изготовлении мы оставляем 4-5% нанопор размером менее 0,1 микрона. Эти поры в вакууме мы заполняем антибиотиками или антиопухолевыми лекарствами. Из нанопор лекарства выходят медленно, обеспечивая лечение – это как бы местная химиотерапия.
Технологию получения высокопрочных наноструктурных материалов мы разработали около 30 лет назад – это консолидация наноструктурных порошков при высоких давлениях (до 3 ГПа или 30,000 атмосфер) и комнатной температуре (метод мы назвали «холодное спекание»). При таком подходе наноструктура сохраняется, обеспечивая высокую прочность.
– А с железными имплантами вы не работаете?
– В последние два года мы активно разрабатываем прочные биорезорбируемые наноструктурные материалы и скаффолды на основе железа. Железа довольно много в нашем теле. Проблема биорезорбируемых материалов на основе железа – очень низкая скорость деградации в теле. Наноструктура и добавки наночастиц серебра и окиси железа существенно увеличивают скорость растворения железа, создавая наногальванические пары.
Хочу отметить, что наночастицы окиси железа обладают магнитными свойствами, их используют в лечении раковых опухолей: к ним стараются прицепить молекулы антиопухолевых лекарств и с помощью магнитного поля доставить те к опухоли. Кроме того, если частицы окиси железа нагреть магнитным полем вблизи опухоли, раковые клетки разрушаются уже при температуре 41-43°C, в то время как обычные клетки выживают и при температуре 45-47°C. Этот метод лечения называют «гипертермия».
– Участвуете ли вы в совместных проектах с НИТУ «МИСиС»?
– С учеными НИТУ «МИСиС» мы сотрудничаем по теме «Самораспространяющийся высокотемпературный синтез». Наша цель – использование энергии химической реакции для изготовления изделий из материалов с высокой температурой плавления без использования высокотемпературных печей. По теме прочных биорезорбируемых нанокомпозитов мы сотрудничаем с профессором С. Г. Псахье (Институт физики прочности и материаловедения Российской академии наук, Томск).
– Как вы оцениваете федеральную программу поддержки вузов «5-100»? Есть ли, с вашей точки зрения, подвижки в попытках российской науки завоевать утраченные позиции?
– Программа «5-100», несомненно, помогает продвинуть науку в России вперед. Мне кажется, будущий успех российской науки заключается в воспитании и росте молодых учёных и их интеграции в мировое научное сообщество. Для этого необходимо посылать лучших аспирантов и молодых учёных в ведущие университеты и исследовательские институты мира. Это могут быть и совместные работы или проекты с учёными НИТУ «МИСиС», то, что позволит молодым ученым работать на новейшем оборудовании, наладить тесные контакты с зарубежными учеными и стать заменой старшего поколения учёных. Кроме того, совместные статьи сыграют положительную роль в повышении рейтинга. Я готов помочь найти в «Технионе» и в других ведущих университетах научных руководителей 40-50 студентам из России.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru