Костные импланты печатает принтер

В отделении прогноза эффективности консервативного лечения МНИОИ им. П.А. Герцена — филиала ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России проходят испытание два новых вида материала для костнозамещающих имплантатов. С их помощью в значительной степени будет обеспечен прорыв в лечении различных инфекций и опухолевых поражений костной ткани.

         —  Совместно с Институтом металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН и факультетом наук о материалах МГУ им. М.В. Ломоносова мы активно разрабатываем новую медицинскую технологию 3D-печати персонализированных функционализированных костнозамещающих имплантатов (КЗИ), — рассказывает профессор Н.С. Сергеева, руководитель  отделения прогноза эффективности консервативного лечения МНИОИ им. П.А. Герцена — филиала ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России.

— Уникальность проекта в том, что технология 3D-печати костнозамещающих имплантов позволяет их изготавливать индивидуально в соответствии с объемом и формой костного дефекта конкретного пациента путем перевода данных КТ-анализа в STL-формат для принтера.

         В настоящее время для замещения костных дефектов созданы два принципиально различных подхода для прототипирования: экструзионная печать и стереолитографическая печать. В качестве «чернил» для экструзионной 3D-печати костнозамещающих имплантов материаловеды из Института металлургии и материаловедения разработали сложные композиционные составы альгинат натрия/желатин/фосфаты кальция, которые удачно прошли этап доклинических испытаний в МНИОИ им. П.А. Герцена. 

        Коллеги из Факультета наук и материлов МГУ имени М.В. Ломоносова предложили имплантаты на основе керамики из трикальциевого фосфата (?-Са3(РО4)2, ?-ТКФ) с бимодальной пористостью. Большая часть пор такой модели обеспечивает активное  прорастание собственной кости в имплантат и наличие кровотока в новообразованной костной ткани. Другая часть пор керамического каркаса обеспечивают необходимый рельеф и увеличивают его общую поверхность для эффективной адсорбции лекарственного препарата на поверхности и в порах керамического скаффолда.

Другими словами, пациенту вживляется «заряженный» имплантат, в котором есть необходимые лекарственные компоненты для последующего лечения в «автоматическом режиме» внутри самой кости. Поры данной модели скаффолда  создаются при помощи специального режима термообработки и спекания отпечатанной на 3D-принтере.

        Задача наших биологов – проверить материал на биосовместимость с живыми клетками, нетоксичность, скорость рассасывания искусственного материала в кости, соотношение макро — и микроразмерных пор, механическую прочность конструкции, которая должна быть достаточной для поддержания структуры костной ткани в переходный период.

        Функционализация – один из ведущих трендов современного биоматериаловедения. Под этим термином подразумевается придание костнозамещающему импланту, наряду с известными остеокондуктивными/остеоиндуктивными свойствами, дополнительных характеристик, позволяющих существенно расширить их терапевтический потенциал.

         Например, создать костнозамещающий имплант  с антибактериальной или противоопухолевой специфической активностью и  пролонгированной кинетикой высвобождения в месте дефекта. Другими словами, такой имплантат можно будет заряжать нужными препаратами и свойствами. При обсуждении хода испытаний директор МНИОИ имени П.А. Герцена, академик РАН А.Д. Каприн высказал идею включить в этот список лекарственных зарядов и радионуклеиды, расширив таким образом линейку возможностей нового изобретения российских ученых за счет возможностей ядерной медицины.

Технология 3D-принтинга функционализированных костнозамещающих имплантов будет востребована в онкологии для пациентов с первичным или метастатическим поражением костной ткани. В травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии — для замещения костных дефектов разного генеза (травмы, пороки развития и др.) и предотвращения развития у них инфекционных осложнений.

Пресс-служба ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава РФ