В рубрике «Картинка дня» мы уже объясняли, что импланты костей черепа порой очень важны для лечения черепно-мозговой травмы. Ученые НИТУ «МИСиС» и НИЦЭМ им. Н. Ф. Гамалеи нашли способ в среднем в 4–6 раз повысить эффективность приживаемости полимерных имплантатов костей черепа при помощи белков и поваренной соли. Это означает, что пациент быстрее восстановится и в будущем заново выросшая кость сможет выдерживать такие же нагрузки, как до операции. Статья о разработке опубликована в Polymer Testing.
Ученые из НИТУ «МИСиС» и НИЦЭМ им. Н. Ф. Гамалеи разработали комбинаторный подход к созданию имплантатов, включающий в себя изготовление пористого имплантата из ПЭЭК или ПЭЭК с добавлением гидроксиапатита – основного минерального компонента костной ткани, а также двух белков, эритропоэтина (EPO) и костного морфогенетического белка BMP-2.
«Вначале мы разбивали порошок гидроксиапатита в более мелкие частицы при помощи планетарной мельницы. Затем смешивали его с ПЭЭК и добавляли хлорид натрия, поваренную соль, причем с частицами сферической формы – не любая соль подойдет, так как кристаллы соли могут быть кубической формы, а это не соответствует естественной пористости кости. После термопрессования образцы отмывались для растворения соли. В результате получался материал с 80%-й пористостью», – рассказывает один из основных авторов разработки, студент программы iPhD «Биоматериаловедение» НИТУ «МИСиС» Александр Чубрик.
«Для привлечения вместо установки имплантата остеобластов и индукции роста костной ткани мы насыщали образцы рекомбинантным белком BMP-2, полученным в нашей лаборатории. Добавление рекомбинантного эритропоэтина, также разработанного нами, должно было способствовать усиленному прорастанию сосудов и дополнительному росту костной ткани. Работа по получению материала и характеристике его свойств была выполнена в рамках проекта, финансируемого РНФ», – комментирует руководитель работы со стороны НИЦЭМ им. Н. Ф. Гамалеи Анна Карягина, профессор, доктор биологических наук, главный научный сотрудник НИЦЭМ им. Н. Ф. Гамалеи.
В ходе дальнейших экспериментов образцы материала имплантировались в 4-миллиметровый круглый дефект черепа у восьми групп лабораторных мышей. В каждой из групп образцы имели различный состав – чистый ПЭЭК, ПЭЭК без белков, ПЭЭК с разной концентрацией белков, те же варианты с добавлением ГАП. Девятая группа была контрольной – имплантат не вживлялся.
Как показал эксперимент, оптимальными являются комбинации из ПЭЭК (с гидроксилапатитом или без), EPO 3,5 микрограмма и BMP-2, также 3,5 микрограмма. Именно в этих группах удалось достичь максимального зарастания костного дефекта за 6 недель эксперимента. В целом за счет введения рекомбинантных белков удалось повысить эффективность приживаемости имплантатов (что выражается в увеличении процентного содержания костной ткани) в 4–6 раз. Это позволит пациенту быстрее восстановиться после операции; кроме того, новая костная ткань на месте дефекта сможет выдерживать такие же механические нагрузки, как и до операции.
Ученые планируют продолжить работу над совершенствованием полимерных имплантационных материалов, в том числе используя биорезорбируемые, то есть растворяющиеся со временем, соединения.
Текст: НИТУ «МИСиС»
Alexander Chubrik, Fedor Senatov, Evgeniy Kolesnikov, Polina Orlova, Maria Poponova, Tatyana Grunina, Mikhail Bartov, Kirill Nikitin, Mikhail Krivozubov, Maria Generalova, Vasily Manskikh, Vladimir Lunin, Alexander Gromov, Anna Karyagina,
Highly porous PEEK and PEEK/HA scaffolds with Escherichia coli-derived recombinant BMP-2 and erythropoietin for enhanced osteogenesis and angiogenesis, Polymer Testing, Volume 87, 2020, 106518, ISSN 0142-9418,
https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2020.106518.
