Добавки из поваренной соли и двух белков помогают имплантатам быстрее прижиться после пересадки.

Для изготовления костных имплантатов очень часто используют полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) – прочный материал, устойчивый к агрессивным химическим средам, износостойкий, совместимый с биологическими тканями. ПЭЭК применяют в основном в спинальной хирургии – для протезирования межпозвоночных дисков. Также из него можно делать имплантаты трубчатых и плоских костей, но здесь требуется обеспечить прочное срастание ПЭЭК с костью пациента. Для этого материал необходимо дополнительно обработать, чтобы у него появилась пористая структура, в которую прорастала бы костная ткань. Чтобы уподобить ПЭЭК настоящей кости, используют разные методы (например, вспенивание газом или разделение фаз), однако до сих пор не удавалось добиться достаточной структурной схожести его с натуральной костью.

(Фото НИТУ «МИСиС»)

Исследователи из Национального исследовательского технологического университета (НИТУ) «МИСиС» и Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи разработали подход, который может решить эту проблему. ПЭЭК-имплантат делают с добавлениями гидроксилапатита – основного минерального компонента костной ткани, обычной соли, а также двух белков, эритропоэтина и костного морфогенетического белка BMP-2.

«Вначале мы разбивали порошок гидроксиапатита в более мелкие частицы. Затем смешивали его с ПЭЭК и добавляли хлорид натрия, поваренную соль, причем с частицами сферической формы – не любая соль подойдет, так как кристаллы соли могут быть кубической формы, а это не соответствует естественной пористости кости. После термопрессования образцы отмывались для растворения соли. В результате получался материал с 80-процентной пористостью», – рассказывает один из основных авторов разработки Александр Чубрик.

Для формирования структуры брали кристаллы соли двух размеров – 106–200 микрометров и 40–75 микрометров. Крупные кристаллы позволили сформировать в материале поры, необходимые для прорастания кровеносных сосудов и костной ткани. Мелкие кристаллы создавали микрорельеф, помогающий прикрепиться к поверхности имплантата остеобластам – собственным клеткам пациента, формирующим костную ткань. Костный морфогенетический белок BMP-2 приманивал остеобласты к имплантату и стимулировал рост костной ткани; эритропоэтин способствовал росту кровеносных сосудов и также усиливал рост костной ткани.

Материал проверили на мышах с дефектом черепа; некоторым мышам ставили имплантат из чистого ПЭЭК, другим – ПЭЭК без белков, третьим – ПЭЭК с разной концентрацией белков, и т. д. В статье в Polymer Testing указаны оптимальные концентрации обоих белков, которые помогают зарастить костный дефект с максимальной скоростью – с их помощью приживаемость имплантата удалось повысить в 4–6 раз. Это должно ускорить восстановление после операции, а новая костная ткань на месте дефекта должна выдерживать такие же механические нагрузки, как и прежняя кость. Исследователи планируют продолжить работу над совершенствованием полимерных имплантационных материалов, в том числе используя биорезорбируемые, то есть растворяющиеся со временем соединения.

По материалам пресс-службы НИТУ «МИСиС».