Спинальный кейдж – конструкция, которую в ходе операции на позвоночнике устанавливают на место разрушенного межпозвонкового диска для сращения соседних позвонков, поврежденных в результате травм или заболеваний. В настоящее время для создания таких конструкций используются неразлагаемые материалы, которые остаются внутри организма навсегда, и потенциально могут быть причиной осложнений. Ученые НИЦ "Курчатовский институт" создали биодеградируемый кейдж, который крепко соединяет позвонки, а после их сращения, в заданные сроки, заменяется костной тканью пациента.
Задачу создания спинального кейджа нового поколения совместно решают ученые Курчатовского института и РНЦХ имени академика Б.В. Петровского. Одно из главных требований к ученым в том, чтобы кейдж был создан из биодеградируемого материала. По эскизам врачей в лаборатории полимерных материалов Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий разработали конструкцию кейджа, создали его модель на основе КТ-снимка пациента, после чего изготовили имплантат на 3D-принтере.
Кейдж состоит из двух частей, изготовленных из полимеров: каркаса, который принимает на себя всю нагрузку, и зоны с пористой структурой.
"Костная ткань обладает большой пористостью, от 50 до 90%, и на то есть ряд причин – диффузия питательных веществ, выведение различных продуктов из организма. Поэтому одно из требований к имплантату – пористость, – рассказывает Никита Седуш, начальник лаборатории полимерных материалов Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий. – Перед нами стоял большой вопрос – как воссоздать такую пористую структуру? Мы решили использовать систему элементарных ячеек, построенную на основе гироидной поверхности (гироид – сложная структура, бесконечно связная и повторяющаяся во всех трёх измерениях, лишенная прямых линий и плоскостной симметрии). Ее параметры можно рассчитать математическими методами и варьировать, за счет чего точно регулировать пористость полученной структуры и ее механические свойства. Это позволяет подстраиваться под ту костную ткань, куда будет установлен имплантат. Например, кейджи для шейного отдела позвоночника и для поясничного будут иметь разные структуры ячейки".
Столь сложную "геометрию" непросто воплотить в реальность: классические методы обработки материала здесь уже не подходят. А вот с помощью аддитивных технологий (3D-печать) можно создавать изделия нужной структуры и регулировать их свойства. Эти технологии открывают возможности для создания как стандартных, так и персонализированных изделий: можно изготовить кейдж, идеально повторяющий поверхность позвонков конкретного пациента, и это позволит оптимально компенсировать изменение анатомии в результате травмы.
Следующей важной задачей стало получение биодеградируемого материала для каркаса кейджа с необходимыми свойствами.
"В нашей лаборатории мы много работаем с полилактидом и его сополимерами различных составов. Это материалы, которые мы хорошо изучили – умеем их синтезировать и настраивать свойства, – говорит Н. Седуш. – Результаты наших исследований показали, что полилактиды могут заменить неразлагаемые материалы для изготовления медицинских конструкций".
Кейдж из полилактида будет полностью разлагаться в послеоперационный период. Предварительные испытания показали, что он выдерживает нагрузку на сжатие более 500 кг. Изготовлены первые образцы, которые в ближайшее время будут испытаны на животных. "Преимущество этих изделий в том, что они одновременно и биодеградируемые, и персонализированные. Аналогов в российской медицине пока нет", – комментирует Н. Седуш.
Кроме того, ученые работают над биоактивным покрытием, которое можно нанести на поверхность кейджа, чтобы ускорить сращение позвонков.