Впервые успешно вживлен имитирующий структуру кости полимерный протез +22


Команда ученых малого инновационного предприятия Biomimetix, реализующего разработки НИТУ «МИСиС», впервые в мире успешно вживила имитирующий структуру кости биомиметический гибридный протез из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и титанового сплава в бедренную кость. Успешная операция была проведена по заказу одной из московских ветеринарных клиник «МедВет».


Операция по вживлению экспериментального биомиметического (схожего по структуре с тканями живого организма) протеза для собаки, больной остеосаркомой бедренной кости, была успешно проведена в августе 2018 года. Через несколько дней животное снова смогло ходить, и, по прогнозам, в скором времени подвижность восстановится полностью.

Остеосаркома (остеогенная саркома) – быстрорастущая раковая опухоль, клетки которой происходят из костной ткани, приводят к постепенному ее разрушению и, соответственно, потере подвижности. Остеосаркома – самый распространённый вид опухоли кости как у людей, так и среди животных.

Лечение обязательно включает в себя курс химиотерапии и оперативное вмешательство с удалением пораженной ткани. Передовые технологии позволяют проводить органосохраняющую операцию – в таком случае вместо удаленного участка кости ставится металлический, керамический или полимерный имплантат. Несмотря на то, что такие протезы позволяют восстановить подвижность, они сильно отличаются по структуре от костной ткани, и это может привести к ряду существенных затруднений.

image
Рис. 1 – Рентгеновский снимок задней конечности животного до операции. Остеосаркомой поражено почти 11 см костной ткани.
«Традиционные материалы для медицинского протезирования имеют ряд существенных минусов: например, титановые имплантаты принимают на себя слишком много нагрузки, предназначенной для кости, и последняя начинает истончаться. В такой ситуации кость на стыке с протезом может ломаться. Другой вариант – керамика, но она более хрупкая, что может ограничивать размеры возмещаемой костной ткани. Кроме того, структура этих материалов не позволяет им “срастаться” с костью – требуется постоянная плотная фиксация», – объясняет генеральный директор Biomimetix, научный сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» Федор Сенатов.

Команда Biomimetix уже несколько лет занимается разработкой биомиметических имплантатов. Ученые работают со сверхвысокомолекулярным полиэтиленом – зарекомендовавшим себя биосовместимым материалом – но модифицируют его уникальным образом, придавая имплантатам требуемую структуру. Это первый в мире опыт создания биомиметических протезов из такого полимерного материала.

image
Рис. 2 – Рентгеновский снимок задней конечности животного после установки имплантата.

По заказу сети ветеринарных центров «МедВет» в августе этого года команда Biomimetix разработала экспериментальный биомиметический протез бедренной кости для собаки с остеосаркомой.
«Поскольку собака оказалась крупной – дог, привыкла двигаться активно, а удалять требовалось порядка 11 см кости, протез было решено сделать гибридным. На титановую трубку, изготовленную методом 3D-печати нашими партнерами, компанией “Конмет”, мы нарастили слой сплошного сверхвысокомолекулярного полиэтилена, а внутреннюю часть выполнили из пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена, идентичного структуре губчатой кости. Во время операции часть покрытия срезали, чтобы «подогнать» имплантат к кости. Уже через несколько дней после операции собака смогла полноценно ходить. Если срастание полимера с костной тканью пройдет успешно, через какое-то время можно будет убрать фиксирующие пластины», – рассказывает Федор Сенатов.

image
Рис. 3 – Имплантаты с титановым армирующим компонентом, «губчатой» полимерной сердцевиной и «кортикальной» полимерной оболочкой.
«Мы с коллегами успешно провели операцию по протезированию. Имлпант прочный, его размер соответствует весу собаки и размерам кости. Здесь более важны отдаленные результаты, чтобы имплантат вжился, врос в кость. Тогда будет большой прогресс, но для этого нужно время. Пока мы наблюдаем за собакой – она сейчас проходит курс химиотерапии», – говорит главный врач «МедВет», к.в.н. Илья Вилковыский.

По словам разработчиков, на подготовку ушло 2 недели, за это время сделали:

— разработку дизайна имплантата по рентгеновскому снимку,
— 3D-моделирование,
— проведение компьютерных симуляций,
— разработку инженерных решений по изменению технологии создания гибридного имплантата,
— получение тестовых образцов,
— проведение механических испытаний,
— изготовление финального имплантата.

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта



Комментарии (33):

  1. jimmyjonezz
    /#19208241

    Фиксирующие пластины, это те, что облигают саму кость внутри ноги? Получается, чтобы их убрать будет проведена еще одна операция.

    • SenatovFS
      /#19209323

      Фиксирующие пластины идут вдоль имплантата и прилегают к кости. В идеальном случае, если имплантат "прорастает" тканью, то пластины можно снять, чтобы избежать экранирования напряжений, когда титановая пластина перенимает нагрузку, а контактирующая с ней кость без нагрузки становится более пористой и ломается.
      Но все будет зависеть от скорости и "качества" остеоинтеграции имплантата. На это сильно влияет возраст собаки (7 лет для дога — уже почтенный возраст), успешность химиотерапии и сопутствующие заболевания. Возможно, из-за возраста и с учетом того, что двигательная активность собачки не страдает, лучше вторую операцию по извлечению пластин не проводить

  2. a11right
    /#19208353

    превосходно.

  3. darkfire77
    /#19208815

    Неплохо, но что в итоге окажется лучше? Полностью бионический протез, или замена костей через несколько операций?

    • Am0ralist
      /#19208853

      Сейчас замена происходит на время, то есть через десяток-другой лет придется имплант менять. А полностью ампутировать конечности не сильно хотят, так как обратно уже не приделать. Протезы пока ещё все развиваются и вряд ли в ближайшее время будут лучше и удобнее обычных конечностей.
      Здесь же, как понимаю, есть надежда, что имплант врастет в кость и через какое-то время его не придется заменять. Очень надеюсь, что выстрелит, так как мне подобное скорей всего предстоит через неопределенный промежуток времени — хотелось бы к этому моменту, чтоб прогресс дошел до практики.

      • cyborg-researcher
        /#19212149 / +1

        Если в отделении будет стоять 3д принтер для печати имплантов, то многих ампутаций вообще можно будет избежать, ибо мясо всегда можно худо-бедно собрать, а вот раздробленные кости, это гемора и ювелирка.
        А так напечатали, мясо подобрали, через пол года уже бегать будет.
        :)

    • cyborg-researcher
      /#19212127

      Бионический протез тоже нужно как то монтировать к остаткам конечности.
      Остеоинтеграция всяких там сплавов титана нонче на неплохом уровне, но проблем там пока хватает.
      И первая из них, способ крепления.
      В кость просто вставляют стержень, который торчит из культи. Способ сей, не очень способствует повышению крепости этой самой кости.
      А при таком способе, наращивают на кость монтажное крепление.
      Если ещё решат параллельно с этим вопрос инфекций, то киборгов скоро появится такое кол-ве, что станет обыденостью быстрее, чем тесла модель 3, на дорогах.

      • arielf
        /#19212465

        Бионические конечности — по крайней мере ноги — порой более функциональны, чем живые.

        • cyborg-researcher
          /#19212603

          Функционал этих ног шире чем у обычных человечачих?


          Несмотря на всю крутость этой разработки, я не могу назвать их более функциональными, чем мои.
          Мои ноги, выполняют десятки разных функций и при этом их не нужно подзаряжать.
          Я могу пройти на них 30 км не испытывая никакого дискомфорта, кроме усталости мышц. Ни боли, ни необходимости подзарядки.
          Могу плавать, не опасаясь КЗ.
          Держать балланс, стоя на одной ноге.
          Висеть на ногах.
          Высоко подпрыгнуть.
          Могу выполнять мелкую моторику (например выстукивать ритм, с разной силой и интенсивностью, взять, что то пальцами ног, ходить след в след под разными углами и т.п.).
          Могу зажать что то ногами, контролируя силу сжатия.
          У моих ног есть обратная связь.


          Так в чём эти хайтеч протезы (при всём моём уважении к доктору Хью Херру) превосходят мои мясные ?

          • arielf
            /#19223005

            Они не болят и их легко заменить ;-)

            • cyborg-researcher
              /#19223817 / +1

              Это не функции.
              Это опции.

              И на данном этапе эти опции идут прицепом к большому кол-ву неудобств.
              Лет через десять, да, это уже не будет такой проблемой как сейчас.
              Но даже десять лет спустя, найдутся единицы, готовые на замену живой ноги, на кибернетизированый протез.
              Это станет трендом, только тогда, когда протезы начнут превосходит по своим возможностям человеческие конечности и органы, а их замена не будет сопряжена с рисками долго болеть или умереть.

              И я с нетерпением жду этого момента.
              Ибо уверен, что генетики ещё не скоро освоят процесс фукамизации.
              А камиллизация, вот она, уже на пороге.

              • arielf
                /#19224197

                Лет через десять, да, это уже не будет такой проблемой
                Главное, чтобы мы ещё были живы.

                • Am0ralist
                  /#19225463

                  Ну вот я пока стараюсь ковылять на своих, есть надежда, что получится починить их, а не становится киборгом.
                  Потому что еще лет через десять вдруг научатся кибернизировать живые конечности, а у тебя уже отрезали. Печалька.

            • safari2012
              /#19227129

              бегунам-инвалидам ставят пружиный протез, который хорошо рекурперирует энергию при беге и прыжках.
              image

  4. amartology
    /#19208837

    За высокотехнологичную помощь братьям меньшим отдельное спасибо.

  5. glioma
    /#19210871

    Давным давно людям делают протезы кости из пористого никелида титана, множество кандидатских защищено. Но большого распространения метод не получил в связи с дешевизной имплантов, в медицине не любят дешёвые и качественные вещи, при капитализме медицина должна быть дорогой. Лично прооперировал пару десятков человек и ставил в шею импланты из пористого никелида титана, произведённого в Томске, ни одного осложнения, дез достигается идеальный, ни одного нагноения, отторжения не было. А здесь полиэтилен, очень плохо воспринимается организмом, часто нагнаивается, не обладает достаточным гистерезисом, формируются серомы, свищи и пр.
    image

    • Am0ralist
      /#19212029

      А со временем что с подобными имплантами? Не происходит расшатывание?
      Просто по суставам лет десять назад врачи давали оценку, что без проблем лет 10-15 отходишь, потом вновь на операцию, ибо разболтаются…

      • SenatovFS
        /#19212087

        По суставам (если говорить о чашечке вертлужного компонента эндопротеза) ситуация не сильно изменилась. Там, в отличие от костей, основная проблема — износ материала и остеолиз (из-за частиц износа). Лучшие материалы — керамика и все тот же СВМПЭ. Плюс керамики в большей износостойкости. Но если уж частичка (при ударе например) отвалилась, то будет быстрый абразивный износ. Плюс же полиэтилена — большая ударная вязкость и низкий коэффициент трения. Для увеличения износостойкости СВМПЭ в последние годы делают химическую или физическую сшивку. Такая сетка из макромолекул прочнее. Мы (Biomimetix) считаем, что следующим шагом должны быть биомиметические эндопротезы, в которых материал узла трения имитирует структуру хряща сустава. Для этого мы разработали чашечку эедопротеза с такой структурой. Рабочий прототип испытали в ЦИТО. Основная проблема — вывести на рынок

        • Am0ralist
          /#19213851

          Был бы рад, если получится. Потому что людей с такими проблемами просто дофига, да…

      • glioma
        /#19212829

        Со временем в подобные импланты врастает нормальная кость, и… и всё, выздоровление. Существует такое понятие как гистерезис — когда материал реагирует на воздействие с некоторым замедлением, так вот у пористого никелида титана уровень этого замедления соответствует нормальной костной ткани. Тот же силикон — почему приятно держать изделия из силикона, почему они напоминают живую ткань, почему именно из силикона делают импланты молочных желёз — потому, что у силикона гистерезис такой же как у подкожной клетчатки. В Томске очень много работ по исследованию пористого никелида титана, куда только они его не вставляли. Есть даже работа канадских учёных, на овцах экспериментировали, но потом всё заглохло. Патенты на материал у русских, потому дело дальше не пошло. А в России западные компании лоббируют свои импланты.

        • Am0ralist
          /#19213927

          Со временем в подобные импланты врастает нормальная кость, и… и всё, выздоровление.
          Ок, то есть остается только проблема с самими сочленениями сустава? Уже не плохо, как по мне.

          • glioma
            /#19216169

            Суставы — другой разговор, создать новые долговечные суставы очень сложно, как раз в суставах используется полимерные покрытия, но и они не вечны.

            • Am0ralist
              /#19217585

              Боюсь, они будут более вечные, чем мои текущие… ага)

    • safari2012
      /#19227141

      расскажите пож-та про ваш опыт в статье, очень интересно же!

      • glioma
        /#19227289

        Да ну что Вы. За 15 лет я прооперировал человек 15, трём устанавливал в поясничный отдел, остальным в шейный. Ни одного нагноения, ни одного выпадения. Хотя может быть эти пациенты обращались в другие стационары, у большинства я судьбу не отслеживал, это слишком малый пласт моей работы. Тем более огромное количество диссертаций защищено, в основном за Уралом. Куда только не пихали эти импланты. Но как и всегда необходим разумный подход, нельзя зацикливаться на одном, иногда необходимо и альтернативное лечение (транспедикулярная фиксация, пластины и пр.) в любом случае необходимо думать о благополучии пациента, а не тешить самолюбие.

  6. 3axap4eHko
    /#19211173

    А можно подробнее, кто и где проводил операцию и как вообще на такое решились? Ну и ничего не хочу плохого сказать но вот этот пост не за август, не ваш ли это дог https://vk.com/stas.usov?w=wall695228_275

  7. pae174
    /#19212735

    Содержат ли импланты внутри себя какие-лмбо датчики, выдающие инфу наружу по какому-либо протоколу? (Я не шпион — мне просто интересно)

    • SenatovFS
      /#19213553

      Этот имплантат — нет. В данном случае была задача срочно изготовить имплантат под конкретную собаку для сохранения конечности и восстановления функциональности.
      Но как раз разработку имплантатов с датчиками уже начали. Пока это датчики напряжений для прогнозирования возможного роста трещин, деформаций и т.д.

  8. safari2012
    /#19227159

    сколько стоит изготовление такого импланта + операция?