Главной проблемой реконструктивной хирургии, использующей современные материалы для закрытия дефектов тканей, является отторжение имплантов. Это усугубляет и без того тяжелое положение пациента. Ученые Томского государственного университета в рамках проекта, поддержанного мегагрантом правительства РФ, разработали универсальный метод, который позволяет оптимально подбирать физические характеристики импланта под «родные» ткани пациента. Наряду с этим создан атлас – классификатор материалов и биотканей, который упростит работу материаловедов и хирургов.
– Раньше подбор импланта во многом определялся профессиональным, но вместе с тем достаточно субъективным опытом врачей, – поясняет заведующая лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Екатерина Марченко. – Даже при наличии очень хорошего и биосовместимого материала возникал вопрос, как правильно подобрать его под ту область, в которую планируется установить имплант, чтобы он не прорезал соседние ткани, не натирал. Если мы возьмем тонкую сетку для армирования тканей, она не обеспечит нужную компрессию и не удержит фрагмент. Если возьмем жесткую – возможна перфорация прилежащих тканей, воспаление и отторжение импланта.
Цель, которую в рамках проекта поставили перед собой ученые ТГУ, заключалась в том, чтобы разработать метод, позволяющий подбирать живое к неживому. Задача оказалась сложной. С точки зрения законов классической механики, на которых работают все металлические материалы, существует определенная классификация, например, закон упругости, закон пластичности и другие.
– Мы знаем, как охарактеризовать материалы неживые, – объясняет Екатерина Марченко. – Также мы знаем, как охарактеризовать биоткани с точки зрения реологии и взаимодействия с жидкостями. Но как «сшить» живое и неживое, по каким критериям их оценивать? Какие параметры нужно сравнивать, которые бы их одинаково описывали? Ведь структура и природа у них абсолютно разные...
Решить задачу удалось за счет моделирования. С его помощью ученые ТГУ разработали уникальный метод, который дал возможность проводить оценку биомеханического подобия разных по структуре, но схожих по поведению материалов. Новый инструмент позволил классифицировать материалы и целый ряд биотканей.
– Теперь мы точно знаем, какими параметрами они обладают, – говорит Екатерина Марченко. – К примеру, мы точно знаем, что к мышцам подходит сетка именно толщиной 60 микрометров, а к коже – 45 микрометров. Этот метод был проверен на лабораторных животных. Эксперименты показали, что наша модель эффективно работает. Новый подход уже внедряется в практику томскими хирургами.
В частности, он был использован при подборе «мягкого» импланта для пациента с обширным дефектом тканей лица. В ходе операции по их восстановлению врачи НИИ онкологии ТНИМЦ использовали конструкцию из металлотрикотажа, изготовленную учеными ТГУ. Это позволило сохранить подвижность тканям лица пациента и вернуло ему нормальное качество жизни. Такая операция была проведена в России впервые.
Следующий этап, который предстоит пройти уникальной разработке ученых ТГУ, – получение регистрационного удостоверения на массовое внедрение метода. С помощью нового метода будут классифицированы медицинские материалы и конструкции, созданные не только учеными ТГУ, но и другими материаловедами России для восстановительной хирургии.
Новая информация пополнит атлас, который будет доступен хирургам. Его использование поможет подбирать оптимальные характеристики при изготовлении имплантов, что значительно снизит риски при их установке и ускорит процесс реабилитации пациентов.
Для справки: Лаборатория сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ создана при поддержке мегагранта правительства РФ. Основное направление работы лаборатории – фундаментальные и прикладные исследования, разработка передовых биосовместимых материалов для замещения дефектов мягких и твердых тканей, возникающих вследствие травм, приобретенных заболеваний или врожденных патологий. Ведущий ученый лаборатории Алексей Волынский (Университет Южной Флориды, США) – признанный специалист в области биотехнологий.