ФГУП «ЭПМ» ФМБА России: разработка и внедрение новых материалов для травматологии и ортопедии №4(57), 2012 год

Быстрое и эффективное восстановление повреждений костной ткани – важнейшая задача современной ортопедии. В настоящее время количество осложнений и неудовлетворительных результатов остается высоким и достигает 37 процентов. Поэтому внимание разработчиков новых средств, сотрудников ФГУП «Экспериментально-производственные мастерские» ФМБА России, привлекли конструкции с кальций­фосфатными (КФ) покрытиями, способными активно влиять на интенсивность остеогенеза благодаря своим высоким биосовместимым характеристикам с костной тканью, а также способности к остеоинтеграции.

В результате проведенных исследований убедительно доказано позитивное влияние имплантатов с биоактивным (кальций-фосфатным) покрытием на локальные регуляторные механизмы, способствующие оптимальной биомеханике аппаратов внешней фиксации, при этом результаты применения имплантатов с кальций-фосфатным покрытием свидетельствуют о возможности системной минерализации костной ткани, подразумевающей участие дистантных регуляторных систем. КФ-покрытие, разработанное нашим предприятием и применяемое для биоактивного остеосинтеза, представляет собой хорошо развитую многоуровневую поверхность, позволяющую воздействовать на процессы костеобразования, нормализовать минеральный обмен и состояние окружающих тканей.

Биоактивное покрытие на титановых имплантатах формируется из КФ-глобул диаметром от 80 нм до 150 мкм и состоит из сферолитоподобных кристаллов, образующих макрорельеф поверхности с размером пор в диапазоне от 5 до 100 мкм (рис. 1). Изолированные поры локализуются в сферолитах, сквозные поры располагаются на границах сферолитов.

Покрытие обладает развитой удельной поверхностью и представляет собой смесь кристаллической и аморфной фаз, близких к составу человеческой кости, что существенно улучшает биологические свойства имплантатов.

Системное регулирующее влияние на сращение переломов трубчатых костей биоактивными пластинами подтверждается клинической картиной, данными биохимического исследования и ультразвуковым мониторингом зоны перелома и показывает новые возможности для оптимизации регенерации костной ткани. Сопряжение концентраций маркеров ремоделирования костной ткани и данных УЗИ свидетельствует в пользу остеосинтеза с применением имплантатов с КФ-покрытиями, стимулирующих костную репарацию и тормозящих резорбцию кости и, главное, создающих депо кальция в организме для активной репарации костной ткани.

В лабораториях ФГУП «ЭПМ» ФМБА России был получен биологический гидроксиапатит (ГА), благодаря которому, наряду с прочной фиксацией импланта и кости, минимизируются отрицательные реакции организма на чужеродное тело. Поскольку взаимодействие ГА с организмом зависит от его химического состава, размера и морфологии кристаллов, состав и чистота получаемого гидроксиапатита были максимально приближены к минеральному составу кости, что позволило повысить его биоактивность и остеогенность.

Один из основных подходов наших исследователей – создание биоискусственных аналогов костной ткани. Цемент для замещения костной ткани, разработанный на нашем предприятии, имеет уникальный состав, одним из компонентов которого является модифицированный в виде нано-кристаллов гидроксиапатит, находящийся в тесной ассоциации с органической склеивающей жидкой составляющей. Применение его для заполнения дефектов костной ткани позволяет решать различные проблемы в ортопедии и травматологии (рис. 2).

При имплантации такой цемент не отторгается иммунной системой, а замещается окружающей тканью при участии иммунокомпетентных клеток. Цемент, разработанный нами, имеет также ряд преимуществ, в число которых входят высокая пластичность и результирующее идеальное заполнение костного дефекта, не оставляя зазоров между существующими костями. Кроме того, затвердевший цемент постепенно замещается костной тканью во время биодеградации, доставляя ионы кальция и фосфатов, стимулируя активность клеток.

Таким образом, разработки и внедрение этих разработок на базе ФГУП «ЭПМ» ФМБА России позволят исключить необходимость пересадки костной ткани и уменьшить общую длительность хирургических вмешательств. Применение цементов позволит снизить вероятность повторных операций, а также исключить возможность передачи латентной инфекции от донора при традиционном использовании аллогенной кости.

Применение новых материалов для ортопедии также позволит уменьшить вероятность наступления отдаленных последствий травм и переломов, что приведет к экономии средств на лечение травматологических больных за счет снижения расходов и уменьшения времени лечения.