Томские учёные создали имплантаты для аппарата Илизарова, в два раза сокращающие срок удлинения костей

Сегодня в Центре Илизарова уже проходят ограниченные клинические испытания.

Иллюстрация Global Look Press.

Формирование ткани вокруг имплантата.

Иллюстрация с сайта news.tpu.ru.

Аппарат Илизарова с имплантатом.

Иллюстрация с сайта news.tpu.ru.

А - рентгеновский снимок кости с клинически используемым стальным имплантантом; Б,В - с имплантантами, разработанными в ТПУ.

Фото с сайта news.tpu.ru.

Специалисты провели доклинические испытания имплантатов в ортопедическом Центре Илизарова в Кургане. Они были разработаны учёными из Томского политехнического университета.

Имплантаты являются частью вариации известного аппарата Илизарова, который применяется для удлинения и исправления деформаций длинных трубчатых костей у детей.

Согласно полученным данным, имплантаты помогли почти в два раза сократить сроки, необходимые для удлинения конечности.

Напомним, что советский хирург Гавриил Илизаров в начале 50-х годов прошлого столетия разработал специальный аппарат для исправления пропорций тела, кривизны ног, врождённых деформаций, косолапости, аномалий развития костей стопы у взрослых и детей.

Его особенность заключалась в том, что фиксирующие кости элементы находились снаружи. Аппарат лежит в основе метода чрескостного остеосинтеза, который сегодня применяют более чем в 60 странах мира.

Формирование ткани вокруг имплантата.
Формирование ткани вокруг имплантата.
Иллюстрация с сайта news.tpu.ru.

Современный аппарат Илизарова состоит из титановых или углепластиковых стержней, которые фиксируются на конечности на пластинах различной формы и соединяются между собой подвижными штангами. За счёт движения этих штанг врачи и проводят манипуляции с костью.

"В случаях, когда кость нужно удлинить — например, когда у ребёнка ножки разной длины, что в будущем приводит к различным патологиям — проводится рассечение кости, и её части медленно раздвигаются", – поясняет один из авторов статьи доцент Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга ТПУ Сергей Твердохлебов.

Разработанный имплантат представляет собой титановую или стальную спицу, он используется в качестве "проводника", помогающего сформироваться новой костной ткани, поясняет Твердохлебов.

"Такая спица вставляется внутрь трубчатой кости. Задача, которую помогает решить такой имплантат, — ускорение регенерации кости, а, следовательно, и сокращение срока реабилитации", – говорит автор работы.

Имплантаты-спицы сделаны из традиционных для имплантологии материалов — стали и соединения ВТ6 (сплав титана с алюминием и ванадием). Между тем учёные нанесли на них специальные покрытия.

На стальные спицы-имплантаты политехники наносили покрытие методом аэродинамического формирования. Оно представляет собой композитный материал на основе пьезоэлектрического фторуглеродного пластика и гидроксиапатита.

На титановые имплантаты исследователи наносили покрытие из кальций-фосфата методом микродугового оксидирования.

"В университете разработаны технологии для изготовления как самих имплантатов, так и для нанесения на них покрытий. Эти покрытия приближены по своему составу и физическим характеристикам к реальной костной ткани, что улучшает приживаемость имплантатов", — поясняет один из авторов статьи, научный сотрудник лаборатории плазменных гибридных систем ТПУ Евгений Больбасов.

Но здесь есть ещё один важный нюанс. В больших трубчатых костях находится костный мозг, а в нём в большом количестве — мезенхимальные стволовые клетки, которые могут дифференцироваться в различные типы клеток.

"Покрытие на имплантате, имитирующее состав кости, заставляет эти стволовые клетки "переквалифицироваться" в костный материал. И новая костная ткань начинает усиленно наращиваться вокруг имплантата. После успешного завершения процесса регенерации имплантат удаляется", – отмечает учёный.

В случае с титановыми имплантатами и покрытием из гидроксиапатита мезенхимальные стволовые клетки реагируют на химический состав покрытия, и поэтому начинают дифференцироваться. А в случае со стальными имплантатами они реагируют на пьезоэлектрические свойства покрытия.

А – рентгеновский снимок кости с клинически используемым стальным имплантантом; Б,В – с имплантантами, разработанными в ТПУ.
А – рентгеновский снимок кости с клинически используемым стальным имплантантом; Б,В – с имплантантами, разработанными в ТПУ.
Фото с сайта news.tpu.ru.

В рамках недавних испытаний было прооперировано 24 собаки. Специалисты сравнивали классические стальные, титановые имплантаты без покрытий и имплантаты с покрытиями, разработанные в ТПУ.

Оказалось, что с применением томских имплантатов четыре сантиметра костной ткани восстанавливались за 35 суток, а с классическими имплантатами — за 70 суток.

"При этом с использованием наших имплантатов плотность новой сформированной костной ткани была примерно в 2,5 раза выше и гораздо ближе к норме плотности здоровой кости, чем в случае с классическими имплантатами. Кроме того, ускорился процесс регенерации не только костной ткани, но и сопутствующей мышечной, соединительной ткани", — добавляет Евгений Больбасов.

Отмечается, что на сегодняшний день в Центре Илизарова уже проходят ограниченные клинические испытания.

Результаты исследований представлены в журнале Biomedical Materials.

Добавим, что ранее мы рассказывали о новом материале для 3D-печати, который поможет кости восстановиться после повреждений.