Биоинженеры Центра изобрели сверхлегкий карбидный композит со сквозной пористостью

Получение биоинертного сверхпрочного материала со сквозной пористостью - краеугольный камень в поисках идеального решения для протезирования костей: чтобы организм не воспринял чужеродное тело импланта «в штыки» и не начал его со временем «выталкивать», костная ткань должна иметь возможность прорасти его насквозь, интегрироваться в его структуру. Если достичь этого эффекта не удается, в месте контакта с имплантом кость уплотняется, испытывает давление и со временем разрушается.

История попыток решить эту проблему насчитывает не одно десятилетие: в мире велись разработки пористых сверхпрочных материалов на основе диоксида циркония, оксида алюминия, тантала, нитинола, кобальтхрома и показавшего наилучший результат титана. Однако титан, как любой металл, дает ограничения на проведение МРТ-диагностики у пациента в дальнейшем.

В составе нового сверхлегкого композита -  чистый карбид бора, одно из самых химически инертных, химически стойких и прочных соединений: не растворяется кислотами, не коррозируется, в целом «равнодушен» к биологическому и механическому воздействию, а также не дает никаких помех на МРТ.

Изобретенная технология позволяет изготавливать изделие нужной формы со сквозной пористостью и усадкой не более 2% (тогда, как все ранее появлявшиеся в мире пористые керамики имеют усадку от 20 до 40%, что препятствует их медицинскому применению).

«Факт - мы комплексно решили все эти задачи впервые в мире, - говорит автор изобретения, заведующий лабораторией биопротезирования Центра Мешалкина, кандидат технических наук Владимир Владимирович Хахалкин говорит Владимир Хахалкин. - Есть только 6-7 научных статей в мировой периодике, где вскользь упоминается, что карбид бора можно было бы использовать в качестве основы для импланта, но ни одного реального эксперимента не состоялось, потому что это один из самых твердых керамических материалов - его называют «черный алмаз». Сделать из него стандартными методами какую-то сложную форму путем механической обработки или методами горячего прессования, да еще и с пористой структурой -  невозможно.

Мы добились сквозной пористости не за счет порообразующих добавок, а естественным путем: на одной из стадий изготовления происходит очень медленное удаление связующего органического вещества, которое предварительно вводится в качестве клея для придания целевой формы импланту. Остаются сквозные «маршруты выхода», которыми после имплантации смогут воспользоваться и клетки организма для миграции внутрь изделия. Кроме того, наш материал, как губка, впитывает различные виды жидкости, что открывает возможности в будущем пропитывать пористый имплант не только питательной средой для активного роста клеток, но и лекарственными растворами».

Новый материал 25-26 ноября 2024 года представили в Москве на Ярмарке продуктовых разработок в сфере медицины и здравоохранения.

Методика его производства оптимизирована, ориентирована на 100% отечественное сырье и стандартное оборудование, производимое в том числе и в России.

В рамках собственного исследования НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина уже проведены первые эксперименты по имплантации образцов нового материала в разные типы костных структур лабораторных животных.

Как рассказал ведущий научный сотрудник Института онкологии и нейрохирургии НМИЦ им. ак. Е.Н.Мешалкина, врач-онколог Александр Жеравин, предварительные результаты впечатляют: «Никаких негативных реакций в месте имплантации нет, а на КТ и МРТ-снимках видны выраженная интеграция композита в кость, регенерация костной ткани в месте повреждения и более плотная фиксация импланта, чем в случае с гладкой поверхностью изделия из титана».

«Мы первопроходцы, -  констатирует Владимир Хахалкин, - и, в отличие от титана, который исследован в мире «вдоль и поперек», наш материал неизвестен клинической медицине. Поэтому впереди большой сбор данных, которые подтвердят его безопасность для человека, несмотря на то, что мы своими глазами видим очень убедительные результаты. Надеемся, что уже через несколько лет импланты из нашего композита будут востребованы в работе хирургов-ортопедов, онкологов, занимающихся протезированием при опухолях костей, а также стоматологов».