Чтобы понять перспективы, вернемся на минуту к истокам — материалам, которые сегодня используют хирурги-имплантологи. Этот ассортимент действительно впечатляет.

Современные остеопластические материалы

Аутотрансплантаты берутся для заполнения костных дефектов у самого донора; бывают интраоральными и экстраоральными. Аутографты считают наиболее предсказуемым остеогенным органическим материалом для регенерации кости. Собственная ткань из подвздошного гребня обладает остеокондуктивными, остеоиндуктивными и остеогенными свойствами.

Однако из-за дополнительной травматизации и ограниченного объема трансплантата использование аутографтов ограничено. По этим причинам материалы внешнего происхождения получили большее распространение в клинической практике. Также исследователи отмечают, что большинство клеточных (остеогенных) элементов не выживают при трансплантации.

Аллотрансплантаты получают из генетически неидентичных представителей одного вида. Большой интерес к аллографтам объясняется доступностью материала в больших количествах и отсутствием потребности в дополнительной операции (заборе ткани).

Несмотря на то, что аллотрансплантаты подвергаются многократной обработке перед применением, риск передачи инфекций остается. По некоторым данным, вероятность заражения ВИЧ через аллографт составляет 1 случай на 1,6 миллиона. Также зафиксированы случаи передачи прионных инфекций (болезнь Крейтцфельдта-Якоба) через трупную кость.

Ксенотрансплантаты получают из организмов, отличных от человека. Они считаются биосовместимыми и обладают остеокондуктивными свойствами. Костная пластика с применением ксенотрансплантатов впервые была описана в 1889. Этот доступный материал продемонстрировал высокий потенциал резорбции и постепенной замены новой костью.

Остеокондуктивные остеопластические материалы, такие как Остеоматрикс (Osteomatrix), подвергаются многостадийной переработке для получения высокоочищенного и безопасного костного каркаса без потенциально вредного органического компонента.

Эти продукты хорошо сохраняют микропористую и макропористую структуру губчатой и кортикальной кости, остающуюся после химической экстракции органического компонента. В прошлом ксенотрансплантаты из костей крупного рогатого скота терпели неудачу, что объясняется несовершенными методами очистки и риском отторжения.

Сегодня эти продукты безопасны, стерильны и неиммуногенны.

Синтетические костные материалы разрабатываются, чтобы преодолеть традиционные недостатки органики, в том числе ограниченные источники получения, риск передачи инфекции и антигенность. Их выпускают на основе керамики, сульфата или фосфата кальция, биоактивного стекла, полимеров с добавлением рекомбинантных костных морфогенетических белков и др.

Керамические 3D-печатные каркасы в остеопластике

Сотрудники Нью-Йоркского университета разрабатывают еще один вариант - 3D-керамические имплантаты (каркасы), которые медленно растворяются в организме и стимулируют рост клеток. Благодаря последним достижениям в области трехмерной печати американские ученые намереваются наладить производство костных имплантатов под заказ.

Например, вместо стандартных кортикальных фрагментов того или иного размера, исследователи предлагают перейти на изготовление персонализированных имплантатов, которые соответствуют дефектам. Изделия будут насыщаться химическими стимуляторами, ускоряющими рост кости.

Испытания технологии на животных продемонстрировали успех: отпечатанные на 3D-принтере керамические имплантаты отлично приживались, постепенно растворяясь и оставляя на прооперированном участке вполне здоровую полноценную кость.

«Керамический 3D-печатный каркас представляет собой лучший вариант, обладающий способностью восстанавливать естественную костную ткань. Эксперименты приближают нас к проведению клинических испытаний на человеке. Потенциальная область применения нашей технологии — костная пластика деформаций черепа у детей с врожденными пороками развития и протезирование конечностей для ветеранов», - поделился своими глобальными планами профессор биотехнологии NYU Пауло Коэльо.

По мнению ученых, их керамические трехмерные имплантаты максимально приближаются по составу и форме к настоящей кости. Они содержат бета-трикальцийфосфат, который аналогичен компонентам естественной кости. Данная композиция позволяет материалу рассасываться с течением времени. Покрытие из дипиридамола (антиагреганта и средства для улучшения микроциркуляции) стимулирует рост и притягивает костные клетки к имплантату.

«Дипиридамол оказался ключом к успеху. Поскольку костный материал постепенно резорбируется, это лекарство высвобождается очень медленно и оказывает достаточное локальное действие без системных побочных эффектов. Нам удалось свести к минимуму вероятность аномалий роста кости, кровотечений и других нежелательных явлений», - поделился подробностями соавтор проекта Брюс Кронштейн.

В ходе своих доклинических исследований команда доктора Кронштейна использовала экспериментальные керамические каркасы для пластики небольших костных дефектов челюсти мышей, а также для восстановления участков кости размером до 12 миллиметров у кроликов.

В среднем 77% материала подвергалось резорбции в течение 6 месяцев после операции.

Компьютерная томография имплантатов не обнаруживала практически никаких следов бета-трикальцийфосфата. Вскрытие и взвешивание показали, что новая кость остается практически такой же, как и первоначальная неповрежденная кость до начала эксперимента.