Libmonster ID: UA-1951

Кандидат технических наук В. С. КОМЛЕВ, доктор технических наук С. М. БАРИНОВ, Институт физико-химических проблем керамических материалов РАН

У миллионов людей в результате травм и таких заболеваний, как остеомиелит, остеосаркома, остеопороз, поражаются костные ткани. Ныне медицина, например онкология, спасает жизнь многим пациентам за счет новых методов расширенных хирургических вмешательств, нередко, к сожалению, приводящих к обширным послеоперационным костным дефектам. Устранить повреждение, восстановив тем самым нормальное функционирование органа, можно с помощью имплантата. Но выбор материалов, пригодных для этих целей, остается проблемой.

В идеальном случае внедряемая субстанция должна обладать свойствами, во-первых, биологической совместимости - не быть токсичной, не вызывать отрицательных иммунных и других реакций со стороны организма, т.е. не отторгаться им как инородное тело, во-вторых, быть активной, иными словами, образовывать непосредственную связь с костной тканью и, возможно, индуцировать процессы ее образования. А еще - сохранять функциональные качества определенный период времени, например не подвергаться резорбции (растворению) в организме, не изменять существенно свою структуру и механические свойства.

Многие материалы были опробованы для этих целей. Изначально предпочтение отдавали биологически инертным, нетоксичным и устойчивым к биохимическим воздействиям организма: коррозионно-стойким металлам (титан и его сплавы, нержавеющая сталь), корундовой керамике и пластмассам (полиметилметакрилат, высокомолекулярный полиэтилен). Однако реакций отторжения избежать не удалось, поэтому все вышеперечисленные материалы нашли лишь ограниченное применение в реконструктивно-восстановительной хирургии. Пожалуй, наиболее распространенная конструкция такого рода - эндопротез тазобедренного сустава. Способность его деталей к интеграции с костной тканью достигается нанесением биоактивных покрытий.

Гораздо чаще в настоящее время используют термически обработанные (для удаления органической составляющей) алло - и аутографты. Первые представляют собой "мертвую" костную ткань донора, вторые - самого больного. Применение для имплантации аллографтов связано с опасностью инфицирования, отрицательных иммунных реакций, неконтролируемой резорбции, а аутографтов - с необходимостью дополнительных хирургических вмешательств для извлечения участка здоровой кости, что, увы, проблематично для здоровья пациента и практически нереально в случае необходимости замещения значительных по объему дефектов. Долго существовало мнение: полной биологической совместимостью

стр. 27


обладают только аутогенные ткани, поэтому усилия исследователей были направлены на создание подобных. Значительный прогресс достигнут лишь благодаря материалам на основе апатитов - веществ, близких по химическому и фазовому составу к костной ткани.

Революцией в реконструктивно-восстановительной хирургии стала разработка нового метода, названного инженерией костной ткани, всего десятилетие назад показавшегося бы фантастикой. В данном случае организм сам восстанавливает поврежденную ткань, если для этого созданы надлежащие условия: имеется матрикс соответствующей архитектуры, на котором происходит наращивание ткани, и необходимые стимулы для остеогенеза. Предложенный метод заключается в культивировании стромальных (соединительно-тканных) стволовых клеток пациента и определенных биомолекул в биологически совместимом с организмом пористом матриксе. Затем такой имплантат помещают в дефектный участок кости.

В результате пролиферации (разрастания) и дифференцировки (видоизменения) стромальных клеток формируется новая костная ткань в поровом пространстве в соответствии с заложенной генетической информацией. Естественно, должны использоваться стволовые клетки самого пациента, обладающие достаточно высокой способностью к преобразованию в остеообразующие. Поскольку с возрастом клеточная активность снижается, возможный выход из этой ситуации - создание индивидуального банка стромальных клеток, когда человек еще молод. В матрикс могут вводиться также морфогенетические, придающие свойства остеоиндуктивности, другие протеины, факторы роста, белки (коллаген), лекарственные препараты.

А теперь заглянем в недалекое будущее. Пациент обращается в клинику на предмет восстановления дефектной костной ткани. Врач-инженер моделирует в компьютере трехмерную структуру и создает прототип матрикса с учетом всех анатомических особенностей (строение кости, расположение кровеносных сосудов, нервных окончаний и т.д.). Больной сдает анализы для получения генетической информации, ему делают пункцию костного мозга для извлечения стромальных стволовых клеток, или же просто используют его индивидуальный банк. По модели инженер-технолог из биосовместимого материала изготавливает матрикс, а биолог культивирует в нем клетки. Конструкцию выдерживают в специальном реакторе с добавлением протеинов, факторов роста и дифференцировки, других препаратов, необходимых для жизнедеятельности клеток. Затем врач имплантирует пациенту эту "живую" структуру. Важно, чтоб она была способна адаптироваться к динамически изменяющимся физиологическим условиям и эволюционировать во времени так, как "родная" ткань.

Для реализации данной технологии прежде всего надо создать материал, удовлетворяющий определенным требованиям. Он должен быть

стр. 28


биосовместимым, биоактивным, обладать заданной кинетикой биорезорбции в организме, т.е. рассасываясь, постепенно замещаться костной тканью, кроме того, позволяющим изготавливать требуемую по форме, размерам и структуре конструкцию. И наконец, прочным, чтобы в переходный период орган мог без разрушения выдерживать физиологические нагрузки. Опробованы многие варианты, но наиболее перспективными оказались некоторые полимеры и кальций-фосфатная керамика.

Несмотря на значительные преимущества по технологичности и механическим свойствам, биосовместимые полимеры обладают существенным недостатком из-за вероятной токсичности продуктов их деструкции, либо кинетикой резорбции, несовместимой с процессом остеогенеза. Поэтому усилия исследователей направлены на разработку керамических матриксов. Идеальна для этой цели, как показывает практика, апатитовая кальций-фосфатная керамика, поскольку минеральная составляющая костной ткани представлена в основном гидроксиапатитом кальция и на такой основе организм не воспринимает имплантат как чужеродное тело. Среди необходимых свойств - достаточно большая открытая пористость, причем поры должны быть взаимосвязанными, чтобы обеспечивать биологические потоки, и достаточно крупными - для поддержания жизнедеятельности остеобластов, строящих костную ткань. Предполагаемый минимальный размер открытых пор - 150 мкм.

Следующее важное качество - прочность, способность выдерживать нагрузки в период формирования новой костной ткани и медленная резорбция, т.е. сохранение структуры и свойств по крайней мере в течение 2 - 3 месяцев после имплантирования. Важна и способность активно адсорбировать протеины из плазмы крови, для чего желательно наличие тонких пор и шероховатость поверхности. Керамический матрикс желательно пропитать лекарственными препаратами для подавления в окружающих тканях инфекций, которые могут быть занесены при манипулировании.

В Институте физико-химических проблем керамических материалов РАН создана оригинальная технология изготовления пористых матриксов на основе апатитовой керамики. Для этого, осаждая из водных растворов, синтезируют нанодисперсные порошки данного материала с различным варьируемым частичным замещением катионов и анионных групп - для достижения требуемых химических свойств продукта. Порошки суспендируют в растворе биополимера. Высокоскоростное перемешивание этой суспензии в несмешивающейся с ней жидкостью позволяет получить сферические гранулы. Размер их может быть практически любым - от десятков до тысяч микрометров, в зависимости от условий гранулирования. Формованием таких гранул с последующей термической обработкой для спекания между собой и выжигания полимера получают пористую керамику с внутригранульными порами

стр. 29


от 10 нм до 10 мкм или же со взаимосвязанными открытыми порами от 100 мкм и выше.

Матриксам такой микроструктуры можно придать любую необходимую форму и размеры. Кинетика резорбции регулируется либо химическим составом керамики (трех-кальциевый фосфат, например, растворяется намного быстрее, чем гидроксиапатит), либо степенью кристалличности (кристаллизация гидроксиапатита в продукте синтеза снижает скорость резорбции). Очевидный недостаток описанных структур - низкая их прочность (при открытой пористости около 60% менее 1 МПа при растяжении). Разработан способ десятикратного ее повышения (более 10 МПа) посредством частичной пропитки биополимером, не приводящей к существенному сокращению числа пор.

Предложенные нами пористые керамические матриксы испытаны in vitro на адсорбцию протеинов плазмы крови, пролиферацию остеобластов и фибробластов (последнее - совместно с Московским научно-исследовательским онкологическим институтом им. П. А. Герцена (МНИОИ)). Результаты продемонстрировали отсутствие токсичности к клеткам и отличные адгезивные (сцепляющие) свойства. Разработана технология и проведены эксперименты по пропитке матриксов различными лекарственными препаратами, в том числе антибиотиками. Экспериментами in vitro (совместно с клиникой Университета Мио, Япония) доказана пролонгированность до 40 суток возможности выделения лекарственных препаратов из матриксов, что важно в терапии остеомиелитов. Исследования in vivo (с тем же университетом) продемонстрировали превосходную биоактивность материала при имплантировании в берцовую кость кроликов. В МНИОИ успешно проведены опыты по культивированию стромальных стволовых клеток человека в указанных матриксах. Близятся клинические испытания.

Вопросы, связанные с использованием клеточной инженерии костных тканей, обсуждали в Европейской комиссии на специальном заседании Комитета по технологии и науке. В заключительном документе отмечено, что потенциальный риск таких технологий ниже, чем, например, трансплантации с участием донора, поскольку источником биологического материала является сам пациент. Правда, существует опасность внесения инфекции при манипулировании, но ведь ее порой не удается избежать и при других хирургических вмешательствах. Остаются невыясненными некоторые биологические последствия взаимодействия клеточных культур с компонентами матрикса. Хотя последнее вряд ли приведет к существенным отрицательным последствиям, поскольку уже упоминавшийся гидроксиапатит и материалы на его основе широко применяются без противопоказаний в клинической практике более двух десятилетий.


© elibrary.com.ua

Постоянный адрес данной публикации:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Проблемы-Поиск-Решения-КОСТНЫЕ-ТКАНИ-РЕМОНТИРУЕТ-КЕРАМИКА

Похожие публикации: LУкраина LWorld Y G


Публикатор:

Григорий ГалушкоКонтакты и другие материалы (статьи, фото, файлы и пр.)

Официальная страница автора на Либмонстре: https://elibrary.com.ua/Galushko

Искать материалы публикатора в системах: Либмонстр (весь мир)GoogleYandex

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Проблемы. Поиск. Решения. КОСТНЫЕ ТКАНИ "РЕМОНТИРУЕТ" КЕРАМИКА // Киев: Библиотека Украины (ELIBRARY.COM.UA). Дата обновления: 19.06.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Проблемы-Поиск-Решения-КОСТНЫЕ-ТКАНИ-РЕМОНТИРУЕТ-КЕРАМИКА (дата обращения: 28.03.2024).

Комментарии:



Рецензии авторов-профессионалов
Сортировка: 
Показывать по: 
 
  • Комментариев пока нет
Похожие темы
Публикатор
912 просмотров рейтинг
19.06.2014 (3571 дней(я) назад)
0 подписчиков
Рейтинг
0 голос(а,ов)
Похожие статьи
VASILY MARKUS
Каталог: История 
3 дней(я) назад · от Petro Semidolya
ВАСИЛЬ МАРКУСЬ
Каталог: История 
3 дней(я) назад · от Petro Semidolya
МІЖНАРОДНА КОНФЕРЕНЦІЯ: ЛАТИНСЬКА СПАДЩИНА: ПОЛЬША, ЛИТВА, РУСЬ
Каталог: Вопросы науки 
7 дней(я) назад · от Petro Semidolya
КАЗИМИР ЯҐАЙЛОВИЧ І МЕНҐЛІ ҐІРЕЙ: ВІД ДРУЗІВ ДО ВОРОГІВ
Каталог: История 
7 дней(я) назад · от Petro Semidolya
Українці, як і їхні пращури баньшунські мані – ба-ді та інші сармати-дісці (чи-ді – червоні ді, бей-ді – білі ді, жун-ді – велетні ді, шаньжуни – горяни-велетні, юечжі – гутії) за думкою стародавніх китайців є «божественним військом».
9 дней(я) назад · от Павло Даныльченко
Zhvanko L. M. Refugees of the First World War: the Ukrainian dimension (1914-1918)
Каталог: История 
12 дней(я) назад · от Petro Semidolya
АНОНІМНИЙ "КАТАФАЛК РИЦЕРСЬКИЙ" (1650 р.) ПРО ПОЧАТОК КОЗАЦЬКОЇ РЕВОЛЮЦІЇ (КАМПАНІЯ 1648 р.)
Каталог: История 
17 дней(я) назад · от Petro Semidolya
VII НАУКОВІ ЧИТАННЯ, ПРИСВЯЧЕНІ ГЕТЬМАНОВІ ІВАНОВІ ВИГОВСЬКОМУ
Каталог: Вопросы науки 
17 дней(я) назад · от Petro Semidolya
ТОРГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА ЕС В СРЕДИЗЕМНОМОРЬЕ: УСПЕХИ И НЕУДАЧИ
Каталог: Экономика 
26 дней(я) назад · от Petro Semidolya
SLOWING GLOBAL ECONOMY AND (SEMI)PERIPHERAL COUNTRIES
Каталог: Экономика 
32 дней(я) назад · от Petro Semidolya

Новые публикации:

Популярные у читателей:

Новинки из других стран:

ELIBRARY.COM.UA - Цифровая библиотека Эстонии

Создайте свою авторскую коллекцию статей, книг, авторских работ, биографий, фотодокументов, файлов. Сохраните навсегда своё авторское Наследие в цифровом виде. Нажмите сюда, чтобы зарегистрироваться в качестве автора.
Партнёры Библиотеки

Проблемы. Поиск. Решения. КОСТНЫЕ ТКАНИ "РЕМОНТИРУЕТ" КЕРАМИКА
 

Контакты редакции
Чат авторов: UA LIVE: Мы в соцсетях:

О проекте · Новости · Реклама

Цифровая библиотека Украины © Все права защищены
2009-2024, ELIBRARY.COM.UA - составная часть международной библиотечной сети Либмонстр (открыть карту)
Сохраняя наследие Украины


LIBMONSTER NETWORK ОДИН МИР - ОДНА БИБЛИОТЕКА

Россия Беларусь Украина Казахстан Молдова Таджикистан Эстония Россия-2 Беларусь-2
США-Великобритания Швеция Сербия

Создавайте и храните на Либмонстре свою авторскую коллекцию: статьи, книги, исследования. Либмонстр распространит Ваши труды по всему миру (через сеть филиалов, библиотеки-партнеры, поисковики, соцсети). Вы сможете делиться ссылкой на свой профиль с коллегами, учениками, читателями и другими заинтересованными лицами, чтобы ознакомить их со своим авторским наследием. После регистрации в Вашем распоряжении - более 100 инструментов для создания собственной авторской коллекции. Это бесплатно: так было, так есть и так будет всегда.

Скачать приложение для Android