Керамика на замену
Томские ученые разрабатывают керамические аналоги природной кости
Наталья Шарапова, ТГУ
В прошлом году завершилась работа по проекту, результатом которой стала уникальная для России разработка – протезы мелких суставов (пальцев кисти и ноги), сделанные из нанокерамики. Она была создана сотрудниками лаборатории физики наноструктурных функциональных материалов ИФПМ СО РАН и кафедры теории прочности и проектирования ФТФ ТГУ совместно с ЗАО «Биомедицинские технологии» (Москва).
Новое назначение
Керамическими материалами медицинского назначения научный коллектив ТГУ и ИФПМ под руководством профессора Сергея Кулькова занимается уже десять лет. Собственно исследования в области нанокерамики велись и раньше, но сначала они были направлены на разработку деталей для машиностроительной, авиационной промышленности. Нанокерамика выгодно отличается от стали – она легче и в то же время прочнее. А потом возникла идея использовать этот материал и в медицине – в качестве протезов костей, поскольку керамика по своему строению максимально близки к костной ткани, в отличие от металлов.
– Нанокерамические изделия можно делать как плотными, монолитными, так и пористыми. Мы создаем специальную пористую структуру, которая максимально приближена к природной кости, и фактически ею можно заменить любую кость в организме, – рассказывает Сергей Николаевич. – В качестве материала используем оксиды циркония, алюминия или их смеси. Они безопасны для организма, входят в международный реестр ISO.
Однако просто создать пористый керамический протез еще не значит решить проблему. Может так получиться, что организм не примет чужеродный материал, и кость, вместо того, чтобы прорастать в него, начнет разрушаться. Поэтому важно наделить керамику такими свойствами, которые помогут «внедрить» ее в организм без дальнейшего отторжения.
Этим физики занимаются совместно с химическим факультетом ТГУ – кафедрой высокомолекулярных соединений и нефтехимии и лабораторией каталитической химии. На ХФ разрабатываются специальные покрытия, которые наносятся на поверхности внутри пор. От состава покрытия зависят разные факторы. Например, можно сделать так, чтобы керамическая кость смачивалась одной жидкостью и не смачивалась другой, реагировала на одни препараты и была инертна к другим.
Ну а дальше к исследованиям подключаются медики и биологи. На поверхность керамических образцов высеваются клетки, и ведется наблюдение за их размножением. Если клетки чувствуют себя хорошо и активно начинают вырабатывать кальциево-фосфатные соединения, то такой материал имеет все шансы стать заменителем природной кости. Тем более, что и стоит он недорого, и есть возможность изготавливать протезы индивидуально для каждого человека.
В соавторстве с медиками
Медицинским партнером в этом исследовании уже несколько лет является новосибирский НИИ травматологии и ортопедии. А в 2011 году был выигран грант ФЦП совместно с университетом Крита – одним из ведущих в Европе по биомедицинским технологиям. Томские ученые создавали образцы керамической кости, а греческие коллеги исследовали ее «взаимодействие» с клетками.
Еще один партнер – московское ЗАО «Биомедицинские технологии». Совместно с ними по проекту Минпромторга в 2012-2013 годах велась работа по созданию мелких суставов. Проект финансировался Министерством промышленности и торговли РФ. Уже проведены цитотоксические тесты, разработка проходит сертификацию в Минздраве и готовится к клиническим испытаниям. Выпуск этой продукции на рынок особенно важен, ведь сегодня в России нет ей аналогов – ни своих, ни зарубежных.
А недавно работами ученых заинтересовались и томские медики. Сейчас по заказу ОКБ началась разработка межпозвонковых протезов из керамики. А для НИИ онкологии планируется создать образец керамической челюсти.
– Самая главная составляющая успеха – это комплексность, междисциплинарность, только на этом пути мы может что-то сделать, – считает Сергей Кульков. – Поэтому и химики здесь важны, и материаловеды, и медики, и биологи.
Всего исследованиями в данном направлении занимаются около 30 сотрудников кафедры и лаборатории, половина из них – молодежь. За последние четыре года защищено 6 кандидатских и одна докторская диссертации по тематике, связанной с медицинским материаловедением.
На мировой уровень
Научные изыскания и создание новых разработок для медицины сегодня является одной из самых актуальных задач, которые ставит общество перед учеными. И эти исследования активно поддерживаются, особенно если они имеют реальный результат.
Научная группа, возглавляемая Сергеем Кульковым, за последние пять лет только по двум программам ФЦП – «Кадры инновационной России» и «Исследования и разработки по приоритетным направлениям» выиграла 15 грантов, включая 8 грантов молодых ученых кафедры и лаборатории. Также она сформировала комплексную программу полного цикла технологической платформы «Медицина будущего», куда входят еще около 20 организаций со всей России – вузы, научно-исследовательские институты, промышленные предприятия, медицинские учреждения.
А в ближайшее время на базе данного направления в ТГУ планируется создать лабораторию мирового уровня – медицинского материаловедения, которая объединит ученых из разных организаций, в том числе и зарубежных: Германии, Англии, Италии, Греции, Венгрии. Для научного руководства лабораторией приглашен нобелевский лауреат по химии Дан Шехтман.
По мнению Сергея Кулькова, эта лаборатория обязательно должна быть междисциплинарной и иметь образовательную составляющую, существовать в тесном сотрудничестве с кафедрами, чтобы в передовых исследованиях могли принимать участие и студенты. В этом залог успеха.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
28.02.2014