Казанские ученые разработали 3D-печатные штифты для лечения инфицированных переломов

Ученые Казанского федерального университета, Казанского государственного медицинского университета и Республиканской клинической больницы разработали имплантат, одновременно фиксирующий перелом и способствующий лечению гнойных инфекций за счет постепенного высвобождения антибиотиков.

Команда представила внутрикостный штифт, предназначенный для лечения переломов, осложненных бактериальными инфекциями, в том числе вызванными золотистым стафилококком (Staphylococcus aureus). Первый такой имплантат уже установлен, пациент успешно прошел лечение и реабилитацию, сообщает пресс-служба Казанского федерального университета.

«Главной его особенностью является наличие сетчатой структуры сложной топологии, в свободный объем которой помещается костный цемент, содержащий антибиотик. После установки штифта лекарственный препарат постепенно выделяется из цемента, обеспечивая воздействие на инфекцию непосредственно в зоне поражения кости», — рассказал научный сотрудник лаборатории механики оболочек Научно-исследовательского института математики и механики имени Н. Г. Чеботарева Павел Большаков.

Одно из ключевых преимуществ разработки в том, что оптимизированная топология сетчатой части штифта значительно улучшает элюцию антибиотика, то есть скорость и длительность его высвобождения. Антибиотик выделяется как минимум в два раза интенсивнее и действует вдвое дольше, чем при использовании стандартных конструкций.

Одним из главных вызовов стало отсутствие в распоряжении лаборатории собственного 3D-принтера для работы с металлами, в частности с титаном. На ее базе удалось произвести только пластиковые прототипы, однако проблему удалось решить благодаря сотрудничеству с партнерской организацией ООО «Эксклюзивные решения», специализирующейся на разработке 3D-принтеров. Коллаборация позволила оперативно изготовить необходимые образцы из металла.

«Сам штифт изготавливается из титанового сплава, обладающего биоинертными свойствами, что делает его безопасным для применения в медицине. Из-за сложности геометрии сетчатой структуры изготовление изделия возможно только с использованием аддитивных технологий. Для этого применяется метод селективного лазерного спекания, позволяющий точно воспроизводить заданную микроструктуру и обеспечивать высокую прочность конечных изделий», — рассказал научный сотрудник лаборатории механики оболочек Научно-исследовательского института математики и механики имени Н. Г. Чеботарева Никита Харин.

На изобретение уже подана патентная заявка. На основе выявленных эффектов и полученных данных команда совместно со специалистами научно-исследовательской лаборатории синтетических полимерных материалов и композитов Химического института имени А. М. Бутлерова проектирует новые изделия медицинского назначения. Разработанная решетка прошла не только механические испытания, но и биомедицинские в научно-исследовательской лаборатории генетики микроорганизмов Института фундаментальной медицины и биологии КФУ совместно с Казанским государственным медицинским университетом. Студенты КФУ также приняли участие в проекте, выполнив задание по созданию оснастки для проведения экспериментальных исследований.

«Решетчатая структура штифта не просто доставляет антибиотики в очаг инфекции. В отличие от стандартных аналогов, штифт с решетчатой микроструктурой обеспечивает более интенсивное и длительное высвобождение лекарства в костномозговом канале, что позволяет за более короткое время купировать инфекцию, усиливая эффективность лечения и снижая риски рецидивов», — пояснил Рашид Шафигулин.

У пилотного пациента с имплантированным штифтом стабильное клиническое состояние, послеоперационные раны полностью зажили. Результаты лабораторных анализов подтверждают успешное подавление инфекции.

В настоящее время продолжаются работы по изучению причин, способствующих увеличению выделения антибиотика из костного цемента, и разработка имплантатов для других сегментов конечностей.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.