Российский ученый Арнольд Попков, главный научный сотрудник Научного центра восстановительной травматологии и ортопедии. академик Г. А. Илизаровой, изданной в немецком издательстве Palmarium Academic Publishing. монографияпосвящен новым имплантатам с биоактивным покрытием, ускоряющим заживление переломов. Исследование поддерживается грантРоссийский научный фонд (РНФ).
Клетки и пути, которые они выбирают
Кость срастается за счет деления живых и активных стволовых клеток, «не определенных своей судьбой» полностью со времен эмбрионального развития. Как костная клетка попадает в это состояние? Его развитие аналогично тому, как мы выбираем профессию: сначала гуманитарный или математический класс, потом факультет, потом кафедра или кафедра, получение специальности и так далее.
Изначально, в течение первых нескольких циклов деления после оплодотворения, ни одна клетка нашего будущего тела не «знает», по какому пути ей идти, и ей «все дороги открыты».
По мере развития зародыша из простых и одинаковых клеток образуется более сложная структура — три зародышевых листка, энтодерма, эктодерма и мезодерма, которые в будущем дадут начало системам органов. Мезенхима образуется из мезодермы. Клетки мезенхимы уже отличаются от остальных, но очень похожи друг на друга, и пока неизвестно, какие из них выберут «профессию» клеток крови, кто станет мышечной клеткой, а кто – костной. . Из мезенхимы выделяется группа клеток, которые еще не хотят принимать решение, ограничивая свой будущий выбор. Затем организм проходит еще множество стадий развития, на каждой из которых клетки определяются все больше и больше, пока окончательно не выбирают свою «профессию».
Стволовые клетки, как и эта группа «нерешительных» клеток мезенхимы, остаются в застывшем состоянии «вечного детства», чтобы в случае гибели в организме дифференцированные клетки окончательно сделали свой выбор и заняли свое место.
Сначала такие клетки называют остеогенными (буквально, костеобразующими). Они могут производить факторы роста, стимулируя образование костного мозга. Затем они снова дифференцируются, становясь остеобластами, клетками внутренней поверхности надкостницы. Угловатые и активно делящиеся остеобласты продуцируют коллагеновые белки и компоненты рыхлого межклеточного вещества. Затем остеобласты теряют способность делиться, «уходить на пенсию», затвердевать и превращаться в остеоциты. Эти мезенхимальные остеогенные клетки играют важную роль в заживлении переломов.
"Перелом, потерял сознание, очнулся — гипс"
В России более 13 млн человек в год получают травмы, последствия которых являются наиболее частой причиной инвалидности граждан трудоспособного возраста. Дополнительным фактором риска являются врожденные заболевания опорно-двигательного аппарата. В России на каждые 10 000 новорожденных приходится 219 человек с такими нарушениями.
Для лечения переломов и посттравматических осложнений используются специальные имплантаты – металлические вставки, которые помогают соединять сломанные кости, фиксировать и поддерживать их в таком состоянии до заживления. Сам материал имплантата может по-разному влиять на заживление (консолидацию), но ни один из известных современным медикам металлов не может его ускорить.
Поэтому за последние 100 лет с развитием медицины сроки заживления переломов не изменились.
Курганские ученые предложили соединить металлическую основу имплантата с покрытием из гидроксиапатита — вещества на основе кальция и фосфора, присутствующего в кости в виде наноразмерных кристаллов. Гидроксиапатит способствует остеогенезу и стимулирует остеогенные клетки, но сам по себе является слишком хрупким материалом для имплантации (гибкость костям придают органические компоненты, которые с возрастом замещаются соединениями кальция, что делает кости в пожилом возрасте более хрупкими).
Разработанная технология математического 3D моделирования позволяет формировать имплантат индивидуально для каждого пациента с учетом общей плотности кости, количества каналов, пор и сосудов и имплантировать его во внутреннюю полость кости (интрамедуллярно). «Контролируемая мимикрия нанокристаллов гидроксиапатита» позволяет «мимикрировать» под индивидуальную шероховатость кости. Материалы изготавливаются после томографии по технологии селективного лазерного спекания, после чего на них наносится слой гидроксиапатита.
«Использование методов стимуляции, основанных на интрамедуллярной имплантации с керамическим наногидроксиапатитным покрытием, позволяет гарантировать положительный результат лечения и реальное сокращение объема остеосинтеза при переломах костей в 2-4 раза», — отмечает автор монографии Арнольд, д. м.н.
— Простота, доступность и экономическая целесообразность использования на самых ранних этапах медицинской эвакуации (районная больница) особенно важны при переходе Российской Федерации на систему обязательного медицинского страхования. Новые технологии легко вписываются в объем базовой травматологической помощи и помощи, оказываемой по неотложным показаниям и в плановом порядке при восстановительном лечении последствий и осложнений травм, финансируемых за счет средств ОМС.
Автор добавляет, что его работа может способствовать импортозамещению и позволяет производить в России имплантаты, не просто сравнимые с западными аналогами, но даже превосходящие их по скорости приживления.
