Полилактиды и «Сириус»

Полилактиды (ПЛ) — нетоксичные, биоразлагаемые и биосовместимые полимеры, получаемые методом сополимеризациеи L-дилактида, DL-дилактида и дигликолида. В Лаборатории Дмитрия Иванова этот материал используют для производства биорезорбируемых костных крепежных изделий для травматологии и ортопедии. Изделия из ПЛ распадаются в процессе сращивания кости, не нанося вред организму. Благодаря своим свойствам полилактиды не вызывают отторжение в организме, что делает их отличным вариантом для использования в качестве крепежных медицинских изделий.

В «Сириусе» создана благоприятная атмосфера, когда материаловеды работают вместе с биологами, иммунологами и генетиками, указывают специалисты Лаборатории. Благодаря этим условиям можно очень быстро тестировать материалы, проверять их биосовместимость и цитотоксичность, советоваться с учеными из других областей, в том числе с медиками, для проверки гипотез и изделий вплоть до молекулярного уровня. И все это в одном и том же центре.

У «Сириуса» больше сотни партнеров, в том числе госкорпорации, такие как «Росатом», а также частные компании, такие как «Биокат» и «Генериум». Представители и специалисты партнеров присутствуют непосредственно на месте проведения исследований, то есть тесно взаимодействуют с учеными, что также способствуют улучшению понимания развития проектов, обмену опытом и продвижения отечественной науки в целом.

Крепежные изделия

Сейчас в качестве крепежных изделий в травматологии и ортопедии в основном используются металлокерамика и металлические конструкции. Они не разлагаются и, как правило, требуют операционного вмешательства для их удаления. Кроме того, есть риск появления бактерий на поверхности импланта, так называемой биопленки, которая может приводить к осложнениям и сепсису. Эту проблемы исследователи планируют решить благодаря использованию биоразлагаемых ПЛ и других полимеров. 

Прибор, на котором производится материал, состоит из нескольких частей, рассказали НОП в «Сириусе». Одна из них – это экструдер, на котором замешиваются полимеры при определенной температуре и характеристиках. Кроме полилактида в перспективе исследователи планируют работать и над другими полимерами. После замешивания все это заливается в специальную форму, в которой под давлением происходит отливка изделия. 

Кроме самих изделий из ПЛ исследователи разрабатывают специальное покрытие из фосфата кальция — природного минерала, основной составляющей человеческих зубов и костей. Благодаря своему составу покрытие ускорит интеграцию полимера в кость.

Недавно специалистами Лаборатории и их коллегами из МГУ благодаря выделенной Правительством РФ премии был собран современный прибор для изучения физических свойств образцов. По сравнению с классическим прибором, он позволяет делать такие же измерения, но в миллион раз быстрее, и исследовать образцы в миллион раз меньше. Если в старом приборе необходимо было «ложкой насыпать» образцы, то здесь достаточно слоя в полмиллиметра на подложке. И весят такие изучаемые образцы нанограммамы, а не миллиардные доли грамма. 

Прибор очень важен, поскольку многие процессы в полимерных материалах проходят очень быстро, указали исследователи. Прибор должен работать на скоростях, сопоставимых с такими процессами, а это миллисекунды. На старом оборудовании такое невозможно сделать.

Ткани из полимеров

Кроме изготовления крепежных изделий из ПЛ исследователи разрабатывают тканеинженерные конструкции — ткани из полимеров, которые используются для трансплантации. Они выглядят как обычный кусок нетканого волокна и состоит из нановолокон или волокон субмикронных размерностей. То есть волокно в нем может быть чуть больше или меньше микрона. 

Зачем это нужно? Представим, что у человека вследствие ожога поражена часть руки, ноги или иной части тела. После обработки поверхности, нанесения лекарств и мазей сверху кладут обычную тканевую повязку. Ее нужно менять каждый час, и это не самая приятная процедура. Ко всему прочему, снятие повязки наносит урон успевшей немного регенерировать ткани, из-за чего нередко образуются рубцы.

Ткань из ПЛ не наносит время пораженной поверхности в немалой степени из-за тщательной проработки структуры клеевой основы. Команда старается производить полимеры, максимально схожие по структуре и механике с человеческой кожей, а также исключать из производства клей, используемый в обычных пластырях. Эти клеи опасны при контакте с кровью и пораженными поверхностями. Вместо него исследователи делают основы, которые не оставят следа и могут приклеиваться с контролируемой силой, а при снятии не будут доставлять дискомфорта пациенту.

При использовании тканеинженерной конструкции смена полимерной ткани проходит раз в 1-2 недели, что благоприятно влияет на заживление и психологический комфорт пациента. Можно подобрать разную толщину ткани и состав, пропитать ее антибиотиками или иными нужными препаратами, которые будут стимулировать клеточную пролиферацию, то есть заживление тканей.

Нейроинтерфейсы

В Лаборатории в скором времени запустится большой проект по нейроинтерфейсам. Это восстановление двигательной активности для людей, с пострадавшими спинными нервами, из-за чего была ограничена их двигательная активность. Команда будет проращивать нервные окончания, аксоны, вдоль направленного тканеинженерной конструкции. 

И в этом проекте тоже немаловажный аспект — полное соответствие выращиваемой ткани с целевой тканью пациента. При несовпадении механических свойств имплантация может не принести пользы или даже навредить, если вживляемая конструкция будет тверже — в процессе движения она неизбежно будет поражать соседние ткани. 

Благодаря тому, что все нужные специалисты у команды Лаборатории есть буквально «за дверью», проект имеет высокие шансы на эффективную и быструю реализацию. У ученых есть прямой доступ к нейрофизиологам, хирургам, иммунологам и другим нужным специалистам, чтобы еще на этапе создания проекта проработать все ключевые моменты. 

Перед попаданием изделий из ПЛ на рынок должны пройти клинические испытания, подтверждающие, что их можно использовать в медицинских целях. Это стандартная процедура для любых изделий и аппаратов, использующихся в медицине. Обычно на проверку уходит от 1 до 4 лет в зависимости от типа изделия. Так что, вероятно, в ближайшие пять лет мы сможем увидеть в продаже или клиниках результаты трудов специалистов Лаборатории Дмитрия Иванова.