Российский ученый Арнольд Попков, главный научный сотрудник Научного центра реконструктивной травматологии и ортопедии им. Г.А. Илизаров опубликовал монографию о новых имплантатах с биоактивным покрытием, ускоряющих заживление переломов в немецком издании Palmarium Academic Publishing. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ).
Клетки и дороги, которые они выбирают
Кости срастаются в результате деления живых и активных стволовых клеток, которые «не полностью определили свою судьбу» с момента эмбрионального развития. Как костная клетка приходит в это состояние? Его развитие похоже на то, как мы выбираем профессию: сначала гуманитарный или математический класс, затем факультет, затем факультет или менеджмент, затем специализация и так далее.
Первоначально, в течение первых нескольких циклов деления после зачатия, ни одна клетка нашего будущего тела «не знает», какой путь она пойдет, и все пути для нее «открыты».
По мере развития эмбриона простые и идентичные клетки образуют более сложные структуры — три зародышевых листка, энтодерму, эктодерму и мезодерму, которые в будущем дадут начало системам органов. Мезенхим образуется из мезодермы. Клетки мезенхимы отличаются от других, но они очень похожи друг на друга, и пока неизвестно, кто из них выберет «профессию» клеток крови, которые станут мышечными клетками, а какие — костными. Из мезенхимы выделяется группа клеток, которые еще не хотят принимать решение, ограничивая свой выбор в будущем. Организм проходит множество стадий развития, в каждой из них клетки все более детерминируются, и, наконец, они выбирают свою «профессию».
Стволовые клетки, как и эта группа «неопределившихся» клеток мезенхимы, остаются в замороженном состоянии «вечного детства», чтобы наконец сделать выбор, когда дифференцированные клетки умирают в организме и занимают их место.
Во-первых, эти клетки называются остеогенными клетками (буквально: клетки, продуцирующие кость). Они могут производить факторы роста, которые стимулируют образование костного мозга. Затем они повторно дифференцируются, чтобы стать остеобластами, клетками внутренней поверхности надкостницы. Угловые и активно делящиеся остеобласты продуцируют белки коллагена и компоненты рыхлого межклеточного вещества. Затем остеобласты теряют способность делиться, «удаляться», затвердевать и становиться остеоцитами. Именно эти мезенхимальные остеогенные клетки играют основную роль в заживлении переломов.
При лечении переломов и травматических осложнений используются специальные имплантаты — вставки из металла, которые помогают соединять, фиксировать и удерживать сломанные кости до тех пор, пока они не заживут. Сам материал имплантата может повлиять на заживление (консолидацию) разными способами, но ни один из металлов, известных современным медицинским специалистам, не может ускорить заживление.
Поэтому за последние 100 лет, при всем развитии медицины, условия лечения переломов не изменились.
Ученые из Кургана, Россия, пришли к идее объединить металлическую основу имплантата с оболочкой из гидроксиапатита — вещества на основе кальция и фосфора, которое находится в кости в виде наноразмерных кристаллов. Гидроксиапатит способствует остеогенезу и стимулирует остеогенные клетки, но это слишком хрупкий материал для имплантатов (кости гибкие благодаря органическим компонентам, которые с возрастом все чаще заменяются соединениями кальция, что делает их более хрупкими в пожилом возрасте).
Передовая технология трехмерного математического моделирования позволяет формировать имплант индивидуально для каждого пациента с учетом общей плотности кости, количества каналов, пор и сосудов и имплантировать его во внутреннюю полость кости (интрамедуллярную). Контролируемое расположение нанокристаллов гидроксиапатита позволяет имитировать индивидуальную шероховатость кости. Эти материалы производятся после томографии с использованием технологии селективного лазерного спекания, а затем наносятся.присутствует слой гидроксиапатита.
«Использование методов стимуляции, основанных на интрамедуллярном введении имплантата с керамическим наногидроксиапатитовым покрытием, гарантирует положительные результаты лечения и реальное сокращение времени остеосинтеза переломов костей в 2-4 раза», — сообщает доктор Арнольд Попков, автор книги монография.
