Российские ученые разработали новый материал для восстановления костной ткани на основе морского коллагена, получаемого из отходов рыбной промышленности. В сочетании с костным минералом он воспроизводит структуру живой кости, обладает высокой биосовместимостью и способствует запуску естественных процессов заживления. Новый способ соединения компонентов обеспечивает прочность и долговечность имплантов. По словам разработчиков, технология открывает возможности для создания более безопасных, доступных и этичных решений в стоматологии и хирургии. При этом эксперты отмечают, что выход на рынок будет зависеть от экономических факторов и качества материала по сравнению с аналогами. Подробнее — в материале «Известий».
Рост спроса на зубные импланты
Ученые Пермского политеха совместно с коллегами из Балтийского федерального университета имени И. Канта создали биоматериал, который по структуре и свойствам максимально приближен к натуральной костной ткани. Он не только безопасно интегрируется с организмом пациента, но и запускает естественные процессы заживления, формируя прочную основу для роста новой кости. Разработка способна повысить эффективность лечения в стоматологии, челюстно-лицевой хирургии и травматологии, а также сделать такие технологии более доступными и безопасными, рассказали «Известиям» ученые.
В качестве ключевого компонента исследователи использовали морской коллаген — строительный белок, выделяемый из биомассы медуз и кожи судака. В отличие от традиционного коллагена животного происхождения, он гипоаллергенен, не несет риска передачи инфекций и этически нейтрален. Кроме того, такое сырье может быть получено из отходов рыбной промышленности, что делает технологию экономически и экологически выгодной.
Ключевой задачей стало соединение органического белка с твердым минеральным компонентом без повреждения структуры коллагена. Для этого исследователи сравнили два метода сшивания: традиционный, с использованием глутарового альдегида, и современную биосовместимую систему EDC/NHS.
Анализ микроструктуры, химических связей и устойчивости к биологическому разрушению показал преимущество нового подхода. Инфракрасная спектроскопия подтвердила, что метод EDC/NHS позволяет сохранить природную структуру коллагена, благодаря чему организм воспринимает имплант как «свой».
— Новый метод EDC/NHS формирует структуру с равномерно распределенными частицами средним размером 8 микрометров, что вдвое меньше, чем при использовании глутарового альдегида (15 микрометров). Такая структура с мелкими, равномерно распределенными частицами точнее повторяет архитектуру натуральной кости и создает оптимальные условия для интеграции импланта с живыми тканями, — отметила старший научный сотрудник НОЦ «Промышленные биотехнологии» БФУ имени И. Канта Юлия Куликова.
Для компенсации недостаточной прочности коллагена ученые ввели в состав гидроксиапатит — минеральную основу натуральной кости. Экспериментальным путем было подобрано оптимальное соотношение компонентов: 1 г коллагена на 0,25 г минерала. Это позволило сохранить эластичность материала без ущерба для его механической прочности.
За последние четыре года продажи зубных имплантов в РФ выросли на 81%. При этом их установка нередко требует предварительного наращивания костной ткани. Только в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии ежегодно проводится более 60 тыс. таких операций. В целом же, по оценкам специалистов, в стране выполняется свыше 1,6 млн хирургических вмешательств в год, связанных с восстановлением утраченной костной ткани — после сложных переломов, травм, удаления опухолей и очагов инфекции. Такие данные приводятся в исследовании «Потребность в костно-пластических материалах в России с учетом распространенности дефектов костей и анализа рынка».
Биомедицинские материалы нового поколения
Испытания на устойчивость к разрушению с использованием фермента коллагеназы показали, что материал, полученный с помощью EDC/NHS, значительно дольше сохраняет свою целостность в условиях, имитирующих работу импланта в организме человека.
— Это исследование открывает путь к созданию нового поколения биомедицинских материалов. На основе технологии можно будет производить целый ряд медицинских продуктов: от биоматериалов для наращивания кости в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии до специализированных биочернил для 3D-печати индивидуальных имплантатов сложной формы, — пояснил младший научный сотрудник лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ Илья Виндокуров.
По мнению разработчиков, новая технология может существенно снизить риски осложнений и сделать восстановление костной ткани более эффективным, особенно для пожилых пациентов, у которых естественные механизмы регенерации работают медленнее.
— Разработка актуальна и расширяет арсенал средств для восстановления костной ткани, что особенно важно для хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Материал на основе морского коллагена выглядит перспективным и этичным решением благодаря гипоаллергенности и использованию доступного сырья, особенно в случаях, где критична биосовместимость и запуск естественного заживления. При этом для клинического применения ключевым остается вопрос механической прочности: при восстановлении обширных дефектов необходимы жесткие конструкции. Если эту задачу удастся решить, технология станет ценным дополнением к существующим методам, — пояснил заведующий кафедрой челюстно-лицевой хирургии и стоматологии СамГМУ, член-корреспондент РАН, д. м. н. Иван Байриков.
В случае доведения разработки до серийного производства она может сформировать устойчивый и значительный по объему рынок, а также положительно сказаться на технологическом суверенитете и экспортном потенциале высокотехнологичной продукции и решений, отметил ведущий эксперт рынка FoodNet НТИ, экономист Алексей Кук.— Среди преимуществ — доступность и достаточный объем сырья, а также более технологичное и потенциально более дешевое решение по сравнению с существующими аналогами. Вместе с тем остаются и риски: длительный цикл исследований и апробации, а также возможное удорожание сырья по мере формирования интереса со стороны производителей. Существует ряд технологических и нормативных барьеров, и пока неизвестно, удастся ли их преодолеть и в какие сроки, — пояснил он.
По словам Алексея Кука, вход на рынок имплантации будет сложным, поэтому ключевым фактором станет экономика и качество материала по сравнению с аналогами.