Ученые разработали технологию трехмерной печати генно-инженерных конструкций для направленной регенерации костных тканей
10.06.2020
Группа российских ученых
разработала оригинальную технологию трехмерной печати персонализированных
изделий из биоактивной керамики и создала персонализированные
ген-активированные имплантаты. Проведен комплексный физико-химический и
биохимический анализ экспериментальных образцов ген-активированных материалов и
персонализированных имплантатов для инженерии и направленной регенерации костных
тканей, полученных с использованием технологий трехмерной печати, включая
доклинические исследования на крупных животных. Результаты работы опубликованы
в журнале International Journal of
Bioprinting
(DOI 10.18063/ijb.v6i3.275). Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ
18-29-11081 мк.
Несмотря на высокий
уровень развития медицины, до сих пор нерешенной остается проблема лечения
пациентов с протяженными (критическими) дефектами костей скелета. Актуальность
проблемы подчеркивается распространенностью травм, онкологической патологии,
врожденных деформаций и аномалий развития, дегенеративно-дистрофических,
воспалительных заболеваний, непосредственно поражающих кости или требующих
сегментарных резекций костей в ходе хирургических вмешательств. Так, по данным
Федеральной службы государственной статистики, в 2015 г. в России было
зарегистрировано 3 млн. травм костей скелета. А по данным ВОЗ, в мире ежегодное
количество пострадавших только в результате дорожно-транспортных происшествий
составляет 30-50 млн. человек. В случае протяженных костных дефектов
современное реконструктивно-восстановительное лечение базируется на
использовании костных аутотрансплантатов, поскольку разрешенные для применения
остеопластические материалы эффективны только при малых объемах костных
дефектов, дистракционный остеогенез длителен и не всегда применим, а
протезирование нерезорбируемыми материалами сопряжено с высоким риском
осложнений и частотой неудовлетворительных результатов лечения.
Эффективную
альтернативу костным аутотрансплантатам могут составить только те методы и
средства, которые позволят быстро и персонализировано восполнить утраченную
структуру и функцию поврежденных костей, исходя из уникальных особенностей
скелета и повреждения, осуществить частичную или даже полную замену кости.
Наибольшие перспективы в решении этой задачи открывают технологии трехмерной
печати (аддитивные технологии) биорезорбируемых имплантатов и
биотехнологические подходы (генетические технологии).
Учитывая актуальность
клинической проблемы, разработкой персонифицированных средств и методов лечения
пациентов с патологией костей скелета занимаются множество научных коллективов,
главным образом, зарубежных.
Ключевыми участниками
команды сформирован существенный научно-технический задел в этой области,
разработана оригинальная технология трехмерной печати персонализированных
изделий из биоактивной керамики и созданы персонализированные
ген-активированные имплантаты. Все это отражено в статье «3D Printed
Gene-activated Octacalcium Phosphate Implants for Large Bone Defects
Engineering», опубликованной в журнале International
Journal of Bioprinting (DOI 10.18063/ijb.v6i3.275). Статья посвящена созданию столь сложной конструкции и проведению комплексного
физико-химического и биохимического анализа экспериментальных образцов
ген-активированных материалов и персонализированных имплантатов для инженерии и
направленной регенерации костных тканей, полученных с использованием технологий
трехмерной печати, включая доклинические исследования на крупных животных.
«Результаты реализации
данного исследования имеют высокую практическую и социально-экономическую
значимость для высокотехнологичного здравоохранения и полностью соответствует
задачам поставленным Президентом РФ в рамках программы развития генетических
технологий (см. 14 мая 2020 г. о развитии
генетических технологий в России). Работа
соответствует современному уровню междисциплинарных исследований и разработок в
области генной и клеточной инженерии репаративного остеогенеза и
биомедицинского материаловедения», – прокомментировал
руководитель работы Комлев Владимир Сергеевич, д.т.н., чл.-корр. РАН, директор
Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии
наук.
Схематическое
изображение трехмерной печати
(Источник: doi.org/10.18063/ijb.v6i3.275)
В работе принимали участие:
Государственный научный центр Федеральный медицинский
биофизический центр имени А.И. Бурназяна ФМБА России, ФМБЦ им. А.И. Бурназяна
ФМБА России http://fmbafmbc.ru/
Институт Стволовых Клеток Человека (ПАО «ИСКЧ») https://hsci.ru/
ФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный
медицинский университет им. И.И. Мечникова» Минздрава России, СЗГМУ им. И.И.
Мечникова https://szgmu.ru/rus/
Федеральный научно-исследовательский центр
«Кристаллография и фотоника» РАН, ФНИЦ "Кристаллография и фотоника"
РАН https://kif.ras.ru/
Институт бионических технологий и инжиниринга
ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России https://science.sechenov.ru/bionic.html
федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский
университет «Московский институт электронной техники», НИУ МИЭТ https://miet.ru/
Институт металлургии и материаловедения им. А.А.
Байкова Российской академии наук http://imet.ac.ru/