1,5 года ученые Казанского федерального университета, Казанского государственного медицинского университета и Республиканской клинической больницы Минздрава РТ осуществляли разработку имплантата, который одновременно фиксирует перелом и способствует лечению гнойных инфекций конечностей.
По словам травматолога-ортопеда РКБ отделения травматологии №1 Рашида Шафигулина, проблема является актуальной, на ее решение сподвигло желание улучшить качество лечения бойцов специальной военной операции с инфекционными осложнениями травм конечностей. Ученые и врачи спасли ногу бойцу СВО. Мужчина мог лишиться нижней конечности.
Команда исследователей лаборатории механики оболочек НИЦ «Научно-исследовательский институт математики и механики имени Н.Г. Чеботарева» под руководством заведующего кафедрой компьютерной математики и информатики Института математики и механики имени Н.И. Лобачевского КФУ Оскара Саченкова представила уникальную медицинскую разработку – внутрикостный (интрамедуллярный) штифт, предназначенный для лечения переломов, осложненных бактериальными инфекциями, в том числе вызванными золотистым стафилококком (Staphylococcus aureus).
Заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и хирургии экстремальных состояний КГМУ Ильдар Ахтямов участвовал в клинической апробации, а заведующий кафедрой общей патологии Казанского государственного медицинского университета Сергей Бойчук совместно с Р. Шафигулиным изучал выделение антибиотиков из костного цемента в решетчатых имплантатах.
«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», – подчеркнул научный сотрудник лаборатории механики оболочек НИЦ «НИИММ им. 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 (SLS-печать), позволяющий точно воспроизводить заданную микроструктуру и обеспечивать высокую прочность конечного изделия», – рассказал научный сотрудник лаборатории механики оболочек НИЦ «НИИММ имени Н.Г. Чеботарева» Никита Харин.
На изобретение уже подана заявка на патент. Кроме того, на основе выявленных эффектов и полученных данных команда совместно с НИЛ «Синтетические полимерные материалы и композиты» Химического института им. А.М. Бутлерова проектирует новые изделия медицинского назначения. Разработанная решетка прошла не только механические испытания, но и биомедицинские в НИЛ «Генетика микроорганизмов» Института фундаментальной медицины и биологии КФУ совместно с КГМУ. Вклад студентов Казанского университета также оказался значительным. Так, группа, возглавляемая лаборантом-исследователем лаборатории механики оболочек НИЦ «НИИММ имени Н.Г. Чеботарева» Игорем Беспаловым, в рамках Малого студенческого конструкторского бюро (МСКБ) выполняла технические задачи по созданию оснасток 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», – подчеркнул Рашид Шафигулин.
Важно отметить, что у пациента с имплантированным в ногу штифтом стабильное клиническое состояние, а послеоперационные раны полностью зажили. Результаты лабораторных анализов подтверждают успешное подавление инфекции. До имплантации пациент находился на лечении с применением аппарата внешней фиксации, сопровождавшемся рецидивирующим гнойным отделяемым из раны и постоянным воспалительным процессом.
В настоящее время продолжаются работы по изучению причин, способствующих увеличению выделения антибиотика из костного цемента, и разработка имплантатов для других сегментов конечностей.