Новые материалы врастают в организм
Полимерные материалы меняют наш мир: ученые Курчатовского института разработали искусственную кожу, которая может быть спасением для людей, получивших сильнейшие ожоги. Материал позволяет избежать воспаления и потери влаги, содержит обезболивающие препараты и легко отделяется от ран. Следующий шаг на пути применения новых материалов — создание биоискусственных конструкций, например — трахеи.
Использование полимерных материалов, в том числе созданных физиками по заказу врачей, уже стало стандартом современной медицины. Биоразлагаемая нить, искусственные суставы, искусственная трахея, зубные протезы, импланты — об их разработке и применении рассказали «Известиям» врачи и ученые.
Полимеры пришли в быт примерно в середине прошлого века. В 1950-е годы появились первые пластиковые упаковки и синтетические ткани для повседневного использования. В последующее десятилетие без полимерных материалов не смогла обходиться автомобильная промышленность, электроника, производство бытовой техники. Но прорыв полимеров в практическую медицину состоялся значительно позже — примерно в 1990-е годы.
Сегодня без полимерных материалов невозможно представить себе стоматологию (зубные протезы, костные цементы и фотополимерные пломбы), кардиологию (из полимеров изготавливают сердечные клапаны, искусственные артерии и сосуды), пластическую хирургию (имплантаты молочной железы) и другие области медицины. Полимеры используются врачами в виде биоразлагаемых шовных нитей, гидрофильных повязок, барьерных покрытий.
Но особое место полимеры и полимерные композиты заняли в травматологии, ортопедии и медицине катастроф. Примерно четверть века назад в эту медицинскую область пришел титан. Костные пластины и штифты из этого металла произвели революцию в лечении сложных переломов: с тех пор пациентам не нужно больше месяцами лежать на скелетном вытяжении, процесс их реабилитации резко сократился. Однако, по словам начальника отдела нанобиоматтериалов и структур Курчатовского НБИКС-центра Тимофея Григорьева, клиническая практика довольно быстро обнаружила некоторые недостатки использования титановых конструкций.
— Титан и его сплавы оказались хороши почти всем. Но первая радость, что он успешно прирастает и не воспаляется, сменилась тревогой: хирурги и ортопеды обнаружили, что происходит ионный обмен — обмен заряженными частицами между человеческим телом и титаном. Это нарушает функционирование всего организма. Поэтому для титановых имплантов пришлось разработать полимерное покрытие, повысившее уровень биосовместимости, — рассказал Тимофей Григорьев.
Следующим этапом внедрения полимерных материалов в хирургию стало создание биоискусственных систем — полимерных каркасов, на которых выращиваются собственные клетки организма.
— Природа так и задумала: есть коллагеновый каркас, внеклеточный матрикс, на котором расположены наши клетки. Этот каркас помогает клеткам определяться, какими им быть, как взаимодействовать, расти, воспроизводиться. При этом клетки постоянно сменяются, а каркас остается. Идею нам подсказала сама природа, — добавил Тимофей Григорьев.
Основываясь на этом принципе, ученые Курчатовского института создали искусственную кожу, которая может быть спасением для людей, получивших сильнейшие ожоги: если площадь ожогов превышает 30–40% поверхности тела, то чрезвычайно высок риск смерти от болевого шока или обезвоживания. Ученые разработали материал, который позволяет избежать воспаления и потери влаги, содержит обезболивающие препараты, а также легко отделяется от ран в силу своей гидрофильности.
Следующий шаг на пути применения новых материалов — создание биоискусственных конструкций. Трахеи или уретры, например. Это уже на порядок более сложные импланты, которые должны обладать высочайшими биосовметимостью, механической прочностью и гибкостью. Над созданием биоскусственных органов работают ведущие научные институты как страны, так и мира.
— Мы делаем полимерные модели, на основе которых изготавливаются импланты для вживленя в организм, к примеру, вместо кусочка черепной коробки, поврежденной в результате ДТП, — рассказал «Известиям» доцент кафедры лазерной физики ФНИЦ кристаллографии и фотоники Евгений Хайдуков .
Заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и хирургии катастроф Первого МГМУ имени Сеченова Алексей Лычагин сообщил «Известиям», что новые материалы весьма широко применяются в практике института.
— Мы широко используем эти материалы как при эндопротезировании (часть сустава представлена полимерной вкладкой), так и при малоинвазивных операциях — например, реконструкции связочного материала. Используем мы и биодеградирующие материалы, которые постепенно замещаются костной тканью. Всё это необыкновенно перспективные направления, — подчеркнул Алексей Лычагин.
По словам медиков, число операций с применением искусственных материалов стремительно растет во всем мире. К примеру, последние исследования американского Национального центра статистики здоровья (NCHS) показали, что количество операций по эндопротезированию тазобедренного сустава в США достигло сотен тысяч в год.
