В первый день работы фестиваля «Техносреда» в рамках блока «Технологии будущего» о разработке новых материалов и о современных биомедицинских технологиях рассказал Федор Сенатов, кандидат физико-математических наук и директор Научно-образовательного центра биомедицинской инженерии Национального исследовательского технологического университета (НИТУ) «МИСиС».
Разработка биомедицинских материалов в последние годы становится в НИТУ «МИСиС» одним из основных направлений развития университетской науки. Если раньше материаловеды и биологи редко работали в связке, то сегодня две науки начинают все активнее взаимодействовать, образовывая новое междисциплинарное поле. По словам Федора Сенатова, работа в команде, в которой одновременно задействованы и биологи, и медики, и материаловеды, и IT-специалисты, ― это, с одной стороны, всегда вызов, ведь сотрудникам непросто найти общий язык и научиться понимать друг друга, но с другой стороны, работая вместе, специалисты из разных сфер обогащают друг друга знаниями и компетенциями.
В области биомедицинских технологий сегодня ведутся исследования по таким направлениям, как разработка наноматериалов для тераностики (то есть, терапии и диагностики) ― например, наночастиц, позволяющих при введении пациенту четко увидеть границы опухоли, что само по себе является непростой задачей. Существует и такой метод борьбы с раковыми опухолями, как магнитная гипертермия: нагрев введенных в опухоль частиц приводит к гибели раковых клеток, более чувствительных к температуре, чем здоровые.
Разрабатывают исследователи также материалы с антибактериальной активностью, необходимые в том числе для покрытия имплантатов или производства различных фильтров, и «умные» биоматериалы, меняющие характеристики под воздействием внешней среды, например, температуры.
За тысячелетия истории человечества большой путь прошло и протезирование утраченных конечностей и их частей. Если среди находок, относящихся к истории Древнего Египта, попадаются, например, протезы пальца, изготовленные из дерева и кусочков кожи, то сегодня область протезирования работает с совершенно другими материалами.
Уже более пяти лет Федор Сенатов с коллегами занимается вопросами биомиметических (то есть имитирующих свойства натуральных) костных и хрящевых имплантатов и эндопротезов, в том числе и гибридных ― совмещающих металл и полимер или два полимера с разными характеристиками. Сердцевина гибридного имплантата может быть выполнена из пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), а каркас напечатан на 3D-принтере из титанового сплава.
Подобная структура ― полная копия структуры настоящей кости, где пористый СВМПЭ соответствует внутренней, трабекулярной, части, а титановый сплав со слоем сплошного СВМПЭ ― твердой внешней, кортикальной. В пористую часть могут вживляться предварительно извлеченные из костного мозга пациента клетки, что помогает организму признать имплантат «своим». Вживление такого гибридного клеточно-инженерного имплантата становится хорошей альтернативой традиционному радикальному лечению ― ампутации, а также куда более сложным в плане приживаемости металлическим имплантатам.
Несколько животных уже успешно перенесли операции по вживлению биомиметических протезов. Например, в 2019 году гибридный имплантат был вживлен коту Лапуне, больному остеосаркомой и перенесшему удаление части пораженной кости передней лапы. Протез прижился, мохнатый пациент смог снова ходить на всех четырех лапах.
По словам исследователей, успешная операция, сделанная Лапуне, знаменует собой окончание испытаний гибридного материала in vivo, на лабораторных животных, и переход к следующей стадии ― применению в ветеринарии. Впрочем, до начала использования инновационного имплантата при лечении людей должно пройти еще несколько лет клинических испытаний и технологических доработок. Необходима здесь и поддержка бизнеса и индустриальных партнеров, поскольку в одиночку ни лаборатория, ни вуз настолько сложную технологию развивать не могут.
И все же руководитель центра настроен оптимистично.
«Мне очень нравится, как сейчас и мы развиваем, и вообще в России развивается тематика тканевой инженерии. Очень приятно, что в России существуют классные коллективы ― и университетов, и стартапов ― кто работает в этой области. За ней будущее. Лет через 15-20 мы будем видеть ее на людях», ― убежден Федор Сенатов.