Нанотехнологии при переломах
08.10.2007
Нанотехнологии помогут вернуть в строй до 80% инвалидов России
В последнее время все большее внимание науки, как мировой, так и отечественной, приковано к исследованию наночастиц. Ожидается, что они позволят осуществить прорыв в самых различных высокотехнологичных отраслях — от промышленности до аэрокосмической сферы. Одной из сфер их применения является медицина.
Первая всероссийская конференция по проблемам использования нанотехнологий в медицине, и, в частности, в травматологии прошла в знаменитом центре Илизарова в Кургане, который первым показал возможности применения наночастиц для операций на костной ткани. Об уникальных наноразработках, грантах Минздрава и о том, как вылечить до 80% инвалидов России с заболеваниями опорно-двигательного аппарата, рассказал в интервью Накануне.RU заместитель генерального директора РНЦ «Восстановительная травматология и ортопедия» имени Илизарова в Кургане Арнольд Попков.
Вопрос: В Кургане 3-4 октября состоялась всероссийская конференция «Клеточные и нанотехнологии в биологии и медицине». Как развивается эта отрасль науки, насколько актуальными являются вопросы конференции?
Арнольд Попков: Конференция, посвященная нанотехнологическим проблемам в медицине и травматологии, прошла в России впервые. Могу отметить, что даже в мире еще таких конференций не проводилось. На ней присутствовали ученые из разных уголков России, в том числе из Москвы, Санкт-Петербурга, Екатеринбурга, Новосибирска, Томска и других регионов. И наш курганский научный центр уже представил разработки, которые в других регионах только начинают развиваться по правительственной программе.
Вопрос: Расскажите об истории нанотехнологий в медицине, и почему ими стали заниматься в Кургане?
Арнольд Попков: Нанотехнологии физики изучают уже давно — порядка 30 лет, но медицина занимается этой сферой не так много времени – с 1995 года нанотехнологии получили развитие в фармакологической промышленности. В 2006 году мировой бюджет так называемой нанофармации оценивался в $290 млрд, и размер этого рынка ежегодно увеличивается на 3-4%.
Основные выполнение заказов медицинской промышленности в травматологии и ортопедии
В мировой практике выполнение заказов медицинской промышленности в травматологии и ортопедии направлено на изготовление сверхпрочных протезов, надкостных пластин, внутрикостных стержней. А в Кургане мы впервые подняли вопрос о том, чтобы направить нанотехнологии на стимуляцию регенераторного процесса – мобилизацию тех сил, которые в достаточном объеме существуют в каждом организме.
Помимо травм, к различным ортопедическим заболеваниям приводят генные нарушения на уровне ДНК клеток. Кроме того, есть много больных с наследственными нарушениями опорно-двигательного аппарата. Статистика утверждает, что к 2010 году в России число инвалидов составит более 16 млн человек с заболеваниями и повреждениями опорно-двигательного аппарата. В настоящее время их число составляет более десяти млн, при этом каждый седьмой инвалид – с переломами верхних и нижних конечностей.
Это свидетельствует о недостаточно эффективно разработанных способах лечения с одной стороны, и недостаточно эффективной организации реабилитации пациентов – с другой. То есть люди, которых плохо лечат, в итоге уходят на инвалидность, а инвалидами у нас уже никто не занимается.
Вопрос: Какова эффективность метода Илизарова и приминения нанотехнологий при лечении костных повреждений?
Арнольд Попков: Наша практика показывает, что метод Илизарова может «поднять на ноги» и вернуть в строй 70-80% инвалидов. К сожалению, современная травматология и ортопедия перешла на западные технологии, а использование стержней и пластин, о которых я уже говорил, по таким методикам чревато серьезными осложнениями – в примерно 30% случаев кости так и не срастаются должным образом. При этом на содержание инвалидов в России уходит в 15 раз больше средств, чем расходуется на эффективное лечение уже разработанными в клинике методами.
На конференции мы представили не просто теоретические изыскания, но мы показали технологии, которые позволяют существенно сократить сроки лечения больных. Перелом длинной трубчатой кости обычно срастается от двух до четырех месяцев.
Применение аппарата Илизарова для восстановления позвоночника
При помощи аппарата Илизарова с использованием нанотехнологий срастание переломов происходит уже через 17-19 дней. Также мы лечим таких больных, которые не имеют части кости – в силу того, что она генетически не развивалась, и ее рост остановился на уровне хрящевой модели. Стимулируя генез кости, мы и в три, и в пять, и в десять лет можем развить кость, рост которой был нарушен во внутриутробном развитии.
Одной из уникальных разработок научного центра являются спицы с нанонапылением. Физики нашего филиала в Томске готовят специальное покрытие с размером частиц от 50 до 100 нанометров. Эти частицы в определенном порядке выращены на титановых спицах и создают на них рельеф, к которому присоединяются клетки костного мозга и несломанных костей. Затем огромное количество этих клеток сосредотачиваются в зоне перелома вокруг стержней и образует новую костную ткань, обеспечивая быстрое срастание костей.
Таким образом, курганский институт первым показал клинические результаты в использовании нанотехнологий в медицине. Отмечу, что мы используем наноразработки также для операций на костях позвоночника и черепа.
Вопрос: Когда можно будет увидеть ваши нанотехнологии в широком применении – не только в Курганской области, но и в других регионах? Какова стоимость таких операций для пациентов?
Арнольд Попков: В настоящее время мы лечим наших пациентов в Кургане бесплатно. При должном подходе к проблеме уже в течение года можно будет распространить наши разработки на всю Россию. Нанотехнологии — это очень перспективное направление, и возможности здесь необъятные. Но проблема существует в обновлении научно-исследовательского и диагностического приборного парка всей российской медицины.
Как известно, он на 70-90% устарел. Только при его обновлении нанотехнологии в России будут развиваться на шаг впереди от мировых стандартов.
Новое медицинское оборудование увеличивает результативность лечения в несколько раз
Прежний министр здравоохранения Михаил Зурабов еще в апреле объявил конкурс на гранты между лечебными научно-исследовательскими учреждениями по нанотехнологиям в 300 млн руб., и в июне должны были быть названы победители. К сожалению, в конкурсе так никто и не победил.
Вопрос: Как Вы считаете, обновленный состав правительства поможет изменить ситуацию к лучшему?
Арнольд Попков: С приходом новых людей в российское правительство мы, конечно, связываем определенные надежды, тем более что новый Министр здравоохранения и соцразвития Татьяна Голикова работала ранее в Министерстве финансов. Думаю, к концу года будут ясны направления ее работы – а пока она осваивается, узнает, кто чем занимается. Но мы уже ждем ее в гости, чтобы показать наши новые технологии.
Вопрос: Каковы приоритетные направления развития нанотехнологий в вашем научном центре сейчас, и каким будет следующий шаг?
Арнольд Попков: Сначала на промышленную основу в нашем институте надо поставить производство деталей с нономасштабным покрытием, провести дополнительные исследования и это покрытие улучшить.
Особенно – его состояния на стадиях погружения элементов в кость, когда они непосредственно продвигаются к патологическим очагам. Это и будет инструментарий первого поколения, мы планируем разрешить эти задачи в течение года.
Затем мы приступим к лечению наследственных изменений ДНК, остеопатий, генных нарушений — следующий шаг займет несколько лет. Наука не стоит на месте, но в медицине изменения происходят очень медленно. Вместе с тем, в травматологии и ортопедии представители центра Илизарова без ложной скромности являются пионерами.
Ссылки по теме:
- Нанотехнологии могут произвести революцию в ортопедии
- Специалисты новосибирского НИИ травматологии и ортопедии помогут барнаульцам (Алтайский край)
- Инновации в сфере медицинской и фармацевтической промышленности должны доходить до потребителя
Автор материала Елена Васильева, врач общей практики специально для Spinet.ru
Также стоит почитать:
Медицинские центры, врачи
Опросы, голосования
Источник
Российский ученый Арнольд Попков, главный научный сотрудник научного центра «Восстановительная травматология и ортопедия» им. Академика Г.А. Илизарова, опубликовал в немецком издательстве Palmarium Academic Publishing монографию, посвященную новым имплантатам с биоактивным покрытием, ускоряющим заживление переломов. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).
Клетки и дороги, которые они выбирают
Кость срастается благодаря делению живых и активных стволовых клеток, «не определивших свою судьбу» окончательно еще со времен зародышевого развития. Как клетка кости проходит путь до этого состояния? Ее развитие похоже на то, как мы выбираем профессию: сначала гуманитарный или математический класс, потом факультет, потом отделение или кафедра, получение специальности и так далее.
Первоначально, на протяжении нескольких первых циклов деления после оплодотворения, ни одна клетка нашего будущего тела «не знает», какой путь ей предстоит совершить, и ей «открыты все дороги».
По мере того как зародыш развивается, из простых и одинаковых клеток формируется более сложная структура — три зародышевых листка, энтодерма, эктодерма и мезодерма, которые в будущем дадут начало системам органов. Из мезодермы формируется мезенхима. Клетки мезенхимы уже отличаются от остальных, но очень похожи между собой, и пока не известно, кто из них выберет «профессию» кровяных телец, кто станет клеткой мышцы, а кто — кости. Из мезенхимы выделяется группа клеток, которые еще не хотят принимать решение, ограничивая свой будущий выбор. Дальше организм проходит еще много ступеней развития, на каждой из которых клетки определяются все больше и больше, пока не выберут свою «профессию» окончательно.
Стволовые же клетки, как в том числе и эта группа «нерешительных» клеток мезенхимы, остаются в застывшем состоянии «вечного детства», чтобы в случае гибели в организме дифференцированных клеток наконец сделать свой выбор и занять их место.
Сначала такие клетки называются остеогенными (буквально — производящими кость). Они могут вырабатывать ростовые факторы, стимулируя образование костного мозга. Потом они дифференцируются снова, становясь остеобластами, клетками на внутренней поверхности надкостницы. Угловатые и активно делящиеся остеобласты вырабатывают коллагеновые белки и компоненты рыхлого межклеточного вещества. Затем остеобласты утрачивают способность к делению, «выходят на пенсию», затвердевают и становятся остеоцитами. В заживлении перелома главную роль играют именно эти мезенхимальные остеогенные клетки.
«Перелом, потерял сознание, очнулся — гипс»
В России более 13 млн человек в год получают травмы, последствия которых — самая частая причина инвалидности у граждан трудоспособного возраста. Дополнительный фактор риска — врожденные заболевания костно-мышечной системы. В России на каждые 10 тыс. новорожденных приходится 219 человек с такими нарушениями.
Для лечения переломов и посттравматических осложнений используются специальные имплантаты — вставки из металлов, помогающие соединять сломанные кости, закреплять и поддерживать их в таком состоянии, пока они не срастутся. Сам материал имплантатов может влиять на заживление (консолидацию) по-разному, но ни один из металлов, известных современным медикам, ускорять его не может.
Поэтому за последние 100 лет при всем развитии медицины сроки срастания переломов не изменились.
Курганские ученые предложили совместить металлическую основу имплантата с покрытием из гидроксиапатита — вещества на основе кальция и фосфора, присутствующего в кости в виде наноразмерных кристаллов. Гидроксиапатит способствует остеогенезу и побуждает к действию остеогенные клетки, но сам по себе он слишком хрупкий материал для имплантации (гибкость костям придают органические компоненты, которые с возрастом замещаются соединениями кальция все больше, что и делает кости более хрупкими в старости).
Поэтому было решено объединить биотолерантный (то есть не вредящий остеносинтезу, но и не улучшающий его) титановый сплав и шероховатое биоактивное (побуждающее кость восстанавливаться) наногидроксиапатитное покрытие.
Разработанная технология математического 3D-моделирования позволяет формировать имплантат индивидуально для каждого больного, учитывая общую плотность кости, количество каналов, пор и сосудов, и вживлять его во внутреннюю полость кости (интрамедуллярно). «Мимикрировать» под индивидуальные шероховатости кости позволяет контролируемое расположение нанокристаллов гидроксиапатита. Материалы изготавливаются после томографии с помощью технологии селективного лазерного спекания, а затем на них наносят слой гидроксиапатита.
«Использование методов стимуляции, основанных на интрамедуллярном внедрении имплантатов с керамическим наногидроксиапатитовым покрытием, позволяет гарантировать положительный результат лечения и реальное сокращение сроков остеосинтеза при переломах костей в 2–4 раза, — сообщает автор монографии, доктор медицинских наук Арнольд Попков.
— Простота, доступность и экономическая целесообразность использования на самых ранних этапах медицинской эвакуации (районная больница) особенно важны в период перехода Российской Федерации на систему обязательного медицинского страхования. Новые технологии легко вписываются в объем базовой травматологической помощи и помощи, осуществляемой по срочным показаниям и в плановом порядке при восстановительном лечении последствий и осложнений травмы, финансируемой из фондов ОМС».
Автор добавляет, что его работа может стать вкладом в импортозамещение и позволяет производить в России имплантаты, не просто сопоставимые с западными аналогами, но и даже превосходящие их по характеристикам скорости заживления.
Источник
Русский Медицинский Сервер / Хирургия суставов в Чехии / Нанотехнологии в ортопедии Чехии
Использование натехнологий при эндопротезирование суставов в Чехии
Нанотехнологии – это оперирование объектами на молекулярном уровне. Некоторые из них уже прочно вошли в практическую работу медиков, как, например, магнитно-резонансная томография. Другие кажутся фантастическими и требуют дальнейшего изучения. В любом случае – это одно из самых перспективных направлений современной науки, многие достижения которой применяются в ортопедии. Десятки чешских клиник имеют статус университетских, тысячи практикующих врачей являются членами международных ортопедических обществ и активно участвуют в разработке и применении нанотехнологий. Вот лишь несколько примеров использования микроструктур в ортопедии Чехии.
- Современные эндопротезы суставов при всей их долговечности и биосовместимости небезупречны. Через 15-20, иногда 30 лет они перестают функционировать из-за постепенного разрушения и повреждения окружающей костной ткани. Конечно, это долгий срок, но многие больные вынуждены переносить не одну операцию. Нанесение углеродных наностержней на титановые протезы значительно удлиняет срок их службы.
- Открытые переломы костей нередко сопровождаются инфекционными осложнениями. Использование при их лечении материалов, наноструктурированных оксидом цинка и диоксидом титана, повышает адгезию (сцепление) остеобластов (молодых костеобразующих клеток) и подавляет адгезию микроорганизмов.
- Нанонапыление из фосфата кальция на спицах компрессионно-дистракционных аппаратов, использующихся при корригирующих остеотомиях и лечении переломов костей в три-пять раз ускоряет образование новой костной ткани.
- Полимерные пленки на эндопротезах и имплантатах из полипиррола с введенными в них молекулами противовоспалительных препаратов и антибиотиков способны свести к нулю риск воспалительной реакции и инфицирования.
- Уже нашли многочисленных пользователей сетки из наносеребра и жидкого полимера. Они сплетены из серебряных нитей, длина которых в 6 раз меньше толщины человеческого волоса. Особая структура и способ соединения их с полимером позволили получить материал, вырабатывающий тепло без участия электричества и других источников энергии. Он дает возможность отказаться от использования разогревающих местных средств или источников тепла, необходимых при некоторых заболеваниях опорно-двигательного аппарата.
- Нанопереносчики токсичных химиопрепаратов доставляют их молекулы в очаг опухоли костной или мышечной ткани, не повреждая системным действием окружающие структуры.
- Испытываются искусственно созданные пептиды, меняющие свою структуру под действием света. В связи с этим они могут влиять на проницаемость клеточных мембран. Это – один из путей селективного подавления раковых клеток, в том числе при опухолях опорно-двигательного аппарата.
- Изучаются нанороботы, собранные из нескольких каркасов ДНК. Они «умеют» маскироваться под вирусы, покрывая себя пептидными оболочками, «обманывают» иммунную систему и легко добираются до клеток-мишеней. Удивительно, но они могут воспринимать окружающую их среду, вырабатывать собственную энергию для движения и инициировать химические реакции. Также они самоорганизуются в «нанофабрики» по производству лекарств или индукторов смерти клеток прямо внутри них. Считается, что у этих нанороботов большое будущее в лечении аутоиммунных и онкологических заболеваний с поражением костно-суставной системы.
Несмотря на объективную эффективность нанотехнологий, вопросы безопасности их применения чрезвычайно важны. Предстоит глубоко изучить отдаленные последствия взаимодействия наноструктур и человеческого организма, усовершенствовать методы управления нанороботами, создать безотказные системы навигации и связи для них, и решить еще массу важных вопросов. Тогда можно будет добиться полного излечения 80% ортопедических больных исключительно с помощью нанотехнологий. И Чехия, вместе с другими странами, безусловно в этом заинтересована.
+7 (925)50 254 50 –
срочное лечение в Чехии
ЗАПРОС в КЛИНИКУ
Источник
Стволовые клетки и нанотехнологии ускорят рост поломанных костей
Ученые придумали, как ускорить рост костной массы с помощью нанотрубок и стволовых клеток, что позволило бы добиться выздоровления для пациентов, перенесших ортопедические операции
.
Стволовые клетки вот уже несколько лет являются почвой для споров и новых открытий. Группа ученых в области биоинженерных наук из Сан-Диего, поместила мезенхимальные стволовые клетки на поверхность очень тонких титановых нанотрубок, чтобы отследить и проконтролировать процесс перерождения (дифференциации) клеток в остеобласты или клетки молодой костной ткани.
- «При переломе ноги ортопеды накладывают шины, используют штифты, и около трех месяцев пациенту приходится пользоваться костылями», – говорит Сунго Цзин (Sungho Jin), соавтор исследования. – Но использование нанотрубок из оксида титана со стволовыми клетками позволит ускорить процесс выздоровления на 2 месяца».
Применение нанотрубок и стволовых клеток может решить проблему ломкости костей, которая требует хирургического вмешательства или использования имплантатов. Такие вмешательства особенно опасны для людей пожилого возраста, а также являются дорогостоящими.
Также ученые обнаружили, что регулирование диаметра нанотрубок влияет на размер и структуру выращенных клеток. Другие исследователи использовали химические вещества для внедрения стволовых клеток в организм и их превращения в нервные клетки, клетки других органов, что может быть опасно для организма пациента.
Глава исследования Чу Чен, профессор биоинженерии из института Сан-Диего, собирается опробовать разработанный метод модулирования дифференциации стволовых клеток в регенеративной медицине и не только.
https://medstream.ru/news/14926.html
Нанотрубки и стволовые клетки – новые компоненты для лечения переломов
Инженеры из Университета Калифорнии в американском Сан-Диего разработали новый способ ускоренного роста костей при помощи нанотрубок и стволовых клеток. Исследователи говорят, что их методика позволит быстрее и безопаснее восстанавливать костную ткань после переломов, а также при заболевании остеопорозом или после перенесенной ортопедической операции
- В последние несколько лет стволовые клетки стали настоящих хитом публикаций в большинстве научных и научно-популярных изданий. Особенно часто стволовые клетки предлагается использовать для восстановления поврежденных тканей, так как этот тип клеток с легкостью трансформируется в необходимые ткани. В своих исследованиях специалисты из Университета Калифорнии использовали мезенхимальные стволовые клетки, расположенные тонким слоем на прочных тонких нанотрубках из оксида титана. На базе нанотрубок в дальнейшем и осуществляется ускоренная дифференциация первичных стволовых клеток.
.
По словам авторов метода, на базе нанотрубок стволовые клетки довольно быстро трансформируются в остеобласты или первичный материал для создания костей в организме людей. Еще одна особенность метода в том, что для него могут быть использованы не эмбриональные стволовые клетки, получение которых в обществе воспринимается неоднозначно по этическим причинам. Мезенхимальные клетки могут быть получены непосредственно из организма больного.
- «Если вы сломаете ногу, например, катаясь на лыжах или коньках, то в большинстве случаев хирург-ортопед порекомендует титановый стержень в качестве импланта, а вы будете ходить на костылях не менее трех месяцев. Но мы надеемся, что при помощи нашей разработки ускоренного выращивания костей со стволовыми клетками, вы полноценно встанете на ноги уже через месяц», – говорит один из участников исследования Сунго Цзин.
.
«Наши лабораторные и практические испытания показывают, что предложенная технология не только способствует ускоренному лечению при переломах, но и восстанавливает кости при их ослаблении. Это чрезвычайно актуально для пожилых людей», – говорит он.
Калифорнийские медики отмечают, что процесс восстановления костной ткани можно еще больше ускорить, причем воссозданные кости будут даже прочнее «оригинала». Для этого нужно незначительно увеличить толщину нанотрубок из оксида титана.
«Более толстые нанотрубки позволяют костям быстрее заживать и становиться прочнее», – говорят специалисты.
В ближайший год разработчики новой техники намерены добиться разрешения на клиническое испытание на реальных переломах в больницах.
https://www.cybersecurity.ru/news/63524.html
UC San Diego Engineers Develop Novel Method for Accelerated Bone Growth
https://ucsdnews.ucsd.edu/…neGrowth.asp
Замечательные исследования! Во-первых, на самом крае научно-технического прогресса: нанотехнологии + стволовые клетки! Во-вторых, какой поразительный эффект: радикально сокращаются (на две трети!) сроки излечения пациентов с переломами! В-третьих, появляется новое направление исследований и огромное поле для экспериментирования: к примеру, варьирование толщины нанотрубок приводит к заметным изменениям в результате эксперимента. Я думаю, наши исследователи и практические специалисты (спортивные, военные и др. врачи-травматологи) быстро подхватят эту инициативу и тоже начнут широкий фронт работ в этой области…
Источник