Российские ученые предложили способ менять составы имплантатов в зависимости от иммунитета пациентов. Это снизит риски и позволит проводить операции людям, которые лишены такой возможности из-за ограничений по здоровью. Например, при аллергиях, аутоиммунных нарушениях или скрытых воспалениях. В то же время эксперты отмечают, что иммунная система человека — динамичная, поэтому в перспективе более эффективным может оказаться не только адаптация имплантата, но и управление состоянием пациента.
Как имплантаты влияют на живые ткани с воспалениями
Изменение состава имплантатов в зависимости от состояния здоровья пациентов снизит риски отторжения и послеоперационных осложнений у людей с хроническими воспалениями, аллергиями и аутоиммунными заболеваниями. К такому выводу пришли российские ученые, которые изучили, как различные костнозамещающие материалы воздействуют на модельные организмы с патологиями.
В исследовании они показали, что реакция на чужеродные конструкции в организме во многом определяется состоянием иммунной системы пациента. В частности, при наличии скрытых воспалительных процессов, аллергий или аутоиммунных заболеваний даже имплантаты, хорошо совместимые со здоровыми пациентами, могут вызывать отторжение, некроз тканей и другие осложнения. Это связано с тем, что у значительной части пациентов иммунная система находится в активированном состоянии, а иммунные клетки первыми взаимодействуют с чужеродными материалами, запускающими защитные реакции организма.
В процессе исследования были синтезированы образцы из кальций-фосфатной керамики, сообщили ученые. Это основной материал для замещения костных дефектов после травм, опухолей и воспалительных поражений. Он приближен по составу и структуре к природной костной ткани.
Полученные конструкции протестировали при имплантации в ткани здоровых лабораторных животных (крыс линии Вистар) и в модели с искусственно вызванным воспалением. Результаты показали, что при нормальном состоянии организма искусственные материалы не вызывали проблем. Однако при наличии скрытого патологического процесса картина существенно менялась. В частности, некоторые имплантируемые материалы приводили к формированию рубцовой ткани вокруг чужеродных элементов. Другой тип керамики провоцировал некротические изменения и образование плотной капсулы из отмерших клеток вокруг костного протеза, что сопровождалось попытками организма его отторгнуть.
— Мы привыкли проверять материалы на здоровых животных. Но в реальной жизни пациенты часто подвержены хроническим воспалениям, аллергиям, аутоиммунным проблемам. И наша работа показала: то, что прекрасно ведет себя в здоровом организме, при воспалении может вызвать отторжение и разрушение кости. Значит, при доклинических испытаниях костнопластических материалов нужно обязательно оценивать их иммуномодулирующие свойства и использовать модели с ослабленным или измененным иммунитетом, — сообщил «Известиям» один из авторов исследования, директор Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Владимир Комлев.
В дальнейшем исследователи планируют расширить спектр материалов, которые используют в качестве имплантатов, и изучат разные виды хронических иммунных нарушений. Это даст возможность подбирать имплантат индивидуально — в зависимости от состояния иммунитета пациента.
В работе приняли участие специалисты Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН.
Как подобрать правильный костный протез
Представленная работа — это путь к персонализированной медицине. Такой подход снизит риски оперативного вмешательства и ускорит реабилитацию пациентов, добавил Владимир Комлев. Также точное прогнозирование воздействия имплантата позволит устанавливать костные протезы людям, которые лишены такой возможности из-за ограничений по здоровью.
— Методы, когда проверяют иммунологический и резистентный ответ пациента, — основные при подготовке к операциям. Но, чтобы отработать их, нужны длительные исследования на животных. Эти подходы предполагают последовательное многократное изучение одних и тех же объектов, что позволит построить картину изменений во времени и создать базу данных, которая поможет хирургам снизить риски негативных реакций, — рассказал «Известиям» доктор медицинских наук, профессор кафедры «Хирургия» Пензенского государственного университета Константин Сергацкий.
В перспективе в развитии этой сферы можно будет выделить такие направления, как использование ИИ для прогнозирования степени износа и срока годности имплантата с целью своевременной замены, добавил он. Также можно рассмотреть применение нейросетей для расчета оптимальной формы имплантата с учетом биомеханических показателей конкретного пациента.
Другие решения — это создание с помощью ИИ протоколов реабилитации при непосредственном участии врача и с использованием телемедицины. Несомненно, интересны разработки в области биопечати живыми клетками. Такие подходы позволят имплантатам быстрее приживаться и интегрироваться с организмом, что решит проблему толерантности организма к искусственным заменителям, сообщил эксперт.
— Создание «универсального» имплантата, который идеально подходит всем пациентам, малореалистично. Лучше говорить не о «подборе состава под пациента», а о понимании взаимодействия материала с иммунной системой. Это значит, что зачастую эффективнее управлять состоянием пациента (например, снижать воспаление или корректировать иммунный ответ), чем радикально менять сам материал, — считает руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета, член-корреспондент Академии наук Республики Татарстан Альберт Ризванов.
Учет изменений состояния пациента во времени — сложная задача, поскольку иммунный статус человека динамичен, продолжил он. Поэтому после операции для заживления необходим контролируемый воспалительный ответ, но его избыточность приводит к фиброзу и отторжению.
По мнению ученого, наиболее перспективным выглядит комбинированный подход, включающий предварительную подготовку пациента к операции, применение препаратов для модуляции иммунного ответа и использование материалов, способных мягко взаимодействовать с иммунной системой организма. При этом важно учитывать, что чрезмерное подавление иммунной реакции также несет риски: оно может повысить вероятность инфекционных осложнений, что особенно критично в хирургической практике.