Пористый титан и 3D-принтер: как новые технологии меняют хирургию
Ученые центра компетенций НТИ «Бионическая инженерия в медицине» разработали технологию, позволяющую не только устранить дефекты костей, но и восстановить эстетические качества. Работа над эндопротезами и способами сделать их максимально подходящими по форме для конкретного организма велась с 2016 года. Клиническая апробация началась в 2021 году и на сегодняшний день с помощью эндопротезов проведено около 60 операций. Подробнее об инновационности решения рассказал эксперт Центра компетенций НТИ, заведующий кафедрой и клиникой челюстно-лицевой хирургии и стоматологии СамГМУ, член-корреспондент РАН Иван Байриков.
3D-принтер на все случаи
Хирургия требует новых решений, чтобы, во-первых, пациентам было легче переносить операции и восстанавливаться, во-вторых, – чтобы прошедшее вмешательство было визуально незаметно.
“Сегодня мы уже думаем не только о том, чтобы спасти жизнь пациента с онкологическим заболеванием, но и о том, чтобы восстановить эстетические свойства, что особенно важно, когда мы говорим об устранении дефектов лицевой части. От этого напрямую зависит и качество жизни человека”, — говорит Иван Байриков.
В клиниках СамГМУ для устранения дефектов пациентам устанавливают биоинженерные конструкции, созданные по их индивидуальным параметрам — на основе данных КТ или МРТ. Технология разработана на базе Центра НТИ “Бионическая инженерия в медицине”. Специалисты строят 3D-модель и методом лазерного спекания изготавливают персональный эндопротез. Именно этот проект по созданию индивидуальных эндопротезов из титана получил в 2022 году премию “Технологический прорыв”.
Байриков отметил, что первую такую операцию на челюсти с применением эндопротеза, напечатанного на 3D-принтере, провели 30-летней девушке в декабре 2022 года. В результате травмы 16 лет назад у девушки произошел перелом основания черепа и была частично оторвана нижняя челюсть. В эндопротезе реализовано новое решение: на этапе производства челюстного импланта в нем сразу предусмотрели возможность для дальнейшей установки зубных имплантов. То есть, специалисты подготовили в нем место, куда можно вкрутить абатменты — опорно-соединительный элемент между имплантом и коронкой, и закрепить на них коронки. Это позволило восстановить не только контур лица, но и функции челюсти.
Пористый титан
Помимо самой технологии важны также материалы, из которых делаются протезы. Сейчас медицина все больше идет в сторону персонификации и обеспечения максимальной совместимости имплантатов с организмом. Пока самый распространенный материал, из которого делаются протезы – титан.
Титан – это наиболее совместимый с организмом металл, поэтому большинство протезов сделаны из него. Однако наша задача – сделать так, чтобы протез был максимально биосовместимым и чтобы в него еще прорастали собственные ткани человека. Для этого материал должен быть пористым, но в природе нет пористого титана.
В итоге ученые взяли материал, представляющий собой металлическую проволоку, которая навивается в спираль, укладывается определенным образом, и затем методом холодного прессования изготавливается деталь любой формы. Таким образом из чистого титана можно получить пористость порядка 80% и туда будет прорастать собственная ткань человека. Причем очень важно, что материал приобретает биомеханические свойства ткани, которая проросла внутрь этого имплантата.
Пористый титан получил название “нетканый титановый материал со сквозной пористостью”. В дальнейшем специалисты начали использовать его для изготовления “дюбелей” для зубных имплантов. Они необходимы, чтобы обеспечить устойчивость импланта в кости.
“Мы запатентовали технологию, получили разрешение на серийный выпуск имплантатов, и думаю, что с открытием Центра серийного производства СамГМУ мы этот выпуск запустим”, — говорит Иван Байриков.
Затем материал добрался до “большой” хирургии: его стали использовать для устранения дефектов, например, после удаления нижней челюсти, которая была разрушена злокачественной опухолью. На ее место ставится челюстной имплантат из титана, который оборачивается нетканым титановым материалом. Он не только хорошо приживается, но и дает возможность в дальнейшем установить в искусственную конструкцию зубные импланты.
Клеточные технологии
Для заполнения костной полости, которая может образоваться, например, после удаления кисты или опухоли, врачи отделения челюстно-лицевой хирургии используют клеточные технологии.
Из подвздошной кости пациента с помощью небольшого прокола берут костный мозг. Из него в самарском Центре клеточных технологий выделяют мезенхимальные стволовые клетки и размножают их на специальной среде. Когда клеток становится достаточно, их помещают на искусственный костно-пластический материал и клетки “пропитывают” его. Затем костно-пластический материал в виде гранул помещают в костную полость и начинается активный процесс регенерации кости в области дефекта.
Обычно он длится несколько месяцев.
Новое слово в стоматологии
Сейчас Иван Байриков совместно со специалистами Тольяттинского государственного университета работает над новым направлением — созданием саморассасывающихся эндопротезов и накостных фиксаторов в виде пластин и внутрикостных стержней. Это даст возможность сделать переворот в медицине и стоматологии, считает Иван Байриков.
“При лечении перелома или после проведения реконструкции на лице сегодня мы используем металлические конструкции, которые фиксируют кости. Когда кость срастается, эти конструкции надо удалить, а это дополнительная травма — операция, рубец, психологическая травма. Поэтому мне хотелось бы использовать биосовместимый материал — магниевые сплавы. Он абсолютно биосовместим, так как у каждого человека магний присутствует в организме. Таким образом мы сможем установить пластину, фрагменты кости срастутся, а через три месяца магниевый сплав начнет рассасываться и через полгода этой пластины уже не останется. Сейчас мы уже сделали внутрикостные винты из магниевых сплавов”, – рассказал эксперт.
Ох, какой прорыв! Теперь у нас есть возможность не только спасти жизнь пациента, но и сделать его более привлекательным визуально. Нет ничего важнее, чем внешний вид, правда? И все благодаря пористому титану и 3Dпринтеру. Что ж, пусть наших хирургов теперь зовут не только лекарь, но и художником!