Живая сталь В России создали искусственный скелет. Он поднимет на ноги тысячи людей

Врачи клиники травматологии Сеченовского университета впервые в России провели операцию по вживлению титанового имплантата в передний отдел таза. Конструкцию изготовили с помощью компьютерной томографии и 3D-принтера. «Лента.ру» рассказывает, в чем уникальность этой операции и какие новые горизонты она открывает для отечественной медицины.

Тонкая работа

Пациентке, 52-летней женщине, два года назад удалили опухоль вместе с тканями и органами малого таза. В 2019 году произошел рецидив онкологического заболевания в более агрессивной и быстро прогрессирующей форме. Новообразование возникло в шейке мочевого пузыря, затронуло прямую кишку, матку и лобковую кость, которую пришлось удалить для спасения жизни больной. Лобковая кость удерживает подвздошные кости и замыкает собой тазовое кольцо, а также позволяет нижним конечностям поддерживать тело, поэтому ее резекция приводит к тому, что пациент больше не может ходить и сидеть и остается прикованным к постели.

Чтобы дать женщине возможность ходить, врачи провели третью операцию, целью которой было вживление протеза лобковой кости. Для этого они создали титановую конструкцию, которая по форме соответствует удаленной части таза, но гораздо прочнее. Компьютерная томография позволила определить размеры реплики, необходимой для замены костного материала, а 3D-принтер на основе этих данных распечатал имплантат. Выбор металла обусловлен тем, что титан не окисляется в организме, что обеспечивает его долговечность. Пористая структура эндопротеза позволяет оставшимся костям таза крепко срастись с ним.

Операция прошла успешно, а реабилитация, по оценкам специалистов, продлится не более трех месяцев. Подобные хирургические вмешательства выполняются в нескольких медицинских учреждениях России, однако эндопротезирование передних костей таза проводится впервые. Врачи уверены, что в скором времени титановые импланты, распечатанные на 3D-принтере, станут более доступными, и такие операции начнут проводить повсеместно.

Титановые скелеты

Эндопротезы — это протезы, которые располагаются внутри человеческого тела. Они, как правило, анатомически соответствуют той части организма, которую заменяют, например, кости или суставу. Имплантат, вживленный вместо поврежденного сустава, позволяют человеку совершать обычные движения, срок его службы достигает нескольких десятилетий, после чего его заменяют новым. Протезы изготавливают из титана, металлических сплавов, устойчивых к изнашиванию и окислению, керамики или особо прочных пластмасс. Иногда используют кусочки костей самого пациента, которые фиксируются для дальнейшего роста костной ткани и сращения.

Титан является одним из лучших материалов для этих целей, так как обладает высокой прочностью и долговечностью. Он биологически инертен, то есть не вступает в реакцию с тканями организма. Предпочтение обычно отдается чистому титану (или некоторым специфическим сплавам вроде никелида титана), поскольку смешивание с другими металлами может способствовать гальванической коррозии. Для изготовления протезов с помощью 3D-принтера используется металлический порошок, который спекается с помощью лазеров в строго контролируемых условиях.

Технология будущего

3D-печать, которую также называют аддитивной технологией, активно используется во всем мире для создания протезов нужной микроструктуры и формы, что обеспечивает такую же функциональность, как у потерянных костных тканей, а также быстрое заживление. Еще одно преимущество этого подхода в том, что можно изменять плотность материала в разных участках эндопротеза и проконтролировать распределение нагрузки на кости в организме. Кроме того, 3D-печать позволяет учесть индивидуальные особенности пациента уже на этапе «распечатывания». Классический, литейный способ изготовления титановых протезов требовал дальнейшей доработки, в том числе создания дополнительного пористого слоя.

При 3D-печати детали печатаются послойно, а каждый новый слой спекается с помощью лазерного луча, что позволяет придать протезу нужную форму. В других случаях используется электронно-лучевая плавка, при которой вместо лазеров применяются электронные пушки — устройства, излучающие пучки электронов с заданной кинетической энергией. Результаты различных экспериментов продемонстрировали, что аддитивные технологии позволяют создавать протезы сложной конфигурации, такие как, например, череп, позвонки и грудная клетка. Эти имплантаты уже использовались для успешного лечения пациентов с онкологическими заболеваниями костной ткани.

Поры позволяют живым тканям организма крепко закрепиться в имплантате. Клетки проникают во внутренние структуры протеза и, разрастаясь там, обеспечивают прочность соединения. Кроме того, поры можно наполнять лекарственными веществами, предотвращающими гибель клеток, ускоряющими заживление и препятствующими инфицированию патогенными микроорганизмами. В результате приживаемость протезов увеличивается в несколько раз по сравнению с традиционными имплантатами.

Не хуже других

В США и других странах протезирование распечатанных на принтере имплантатов начали проводить довольно давно, что позволило пациентам, казалось бы, обреченным на инвалидность, вернуться к нормальной жизни. В последнее десятилетие 3D-печать в России тоже стала очень популярной, но только сейчас она стала активно внедряться в эндопротезировании. Это объясняется тем, что развитие технологии способствовало удешевлению оборудования, которое раньше из-за своей дороговизны (десятки миллионов рублей) не было доступно отечественным клиникам. Операции с использованием 3D-принтеров, несмотря на высокую потребность пациентов в качественных протезах, были очень редкими.

В 2017 году ученые из Тюменского государственного медицинского университета (ТГМУ) распечатали полимерный протез бедренной кости для замены изношенного импланта. В том же году в Самаре врачи провели тестирование методов печати суставных протезов для лечения пациентов с артрозом. В 2018 году в ТГМУ был протестирован аддитивный подход для создания заменителей костей из титанового сплава. Похоже, российские врачи стали понимать, что 3D-печать обладает рядом преимуществ перед обычными методами протезирования, а первые успешные операции доказывают конкурентоспособность технологии.