Одна из главных задач биотехнологий в медицине — поиск и разработка биосовместимых материалов для современных имплантатов. В этом ученым помогают живые организмы и их элементы, с помощью которых можно восстановить поврежденные ткани и даже органы.
Так, недавно российским специалистам удалось разработать ген-активированный материал для регенерации костной ткани. Это пока единственный в мире материал подобного рода, который уже используют в медицинской практике.
Подробнее об инновации рассказал автор проекта, заведующий отделением реконструктивной и пластической хирургии Научно-клинического центра № 2 (ЦКБ РАН), кандидат медицинских наук Илья Бозо.
Идеальный симбиоз
Такая разработка, по мнению специалистов, может стать альтернативой другому перспективному направлению — тканеинженерным материалам. Эти изделия, как правило, тоже состоят из матрикса, в который добавляют разные виды клеток, например стволовые или фибробласты (клетки соединительной ткани). Подобные материалы выращивают, чтобы восстановить поврежденные ткани и их функции.
Однако в случае с ген-активированными материалами ученые пошли дальше: матрикс совмещают уже не с клетками, а плазмидой ДНК — небольшой молекулой, невстраивающейся в геном и способной реплицироваться (копироваться) автономно. Причем той, что несет ген фактора роста эндотелия сосудов. Это один из важнейших стимуляторов формирования сосудов, необходимых для регенерации костной ткани.
В качестве матрикса использовали октокальциевый фосфат — маленькие гранулы диаметром от 150 микрометров до двух миллиметров.
Благодаря такому симбиозу изделие, как выяснили исследователи, работает крайне эффективно. Выглядит это так: хирург фиксирует материал в зоне костного дефекта, заполняя гранулами нужную область. Костная ткань растет, продвигаясь по этим гранулам как по строительным лесам, заполняя доступное пространство. Получается, что гранулы сами по себе помогают кости вырасти. Зачем же тогда нужны генные конструкции?
Дело в том, что, когда речь идет о серьезных повреждениях, быстром восстановлении или нужно вырастить полноценную, прочную кость, необходимо «подстегивать» костную ткань к более активному формированию. В этом и помогает генная конструкция. После имплантации молекулы высвобождаются из гранул и поступают в клетки в зоне дефекта. Получившие молекулу клетки синтезируют дополнительное количество белка, в данном случае — фактора роста эндотелия сосудов.
«На самом деле, этот ген есть в наших клетках. Но, получив его копию, клетки производят ее в большем количестве. При этом избыточного роста не происходит — плазмидная ДНК перестает действовать через пару недель. Клетки „понимают“, что в них есть дополнительный генетический материал, которой уже не нужен, и начинают плазмидную ДНК устранять. Это обеспечивает безопасность технологии. Плазмидные молекулы не встраиваются в геном и полностью исчезают», — объясняет руководитель проекта.
Взялись за челюсть
Создание препарата началось с фундаментальных исследований в 2010–2011 годах. Ученым было важно убедиться, что биоматериалы, содержащие фосфаты кальция, можно совмещать с генными конструкциями. Разработка проходила совместно с научной группой Института металлургии и материаловедения РАН.
Далее приступили к прикладным исследованиям, чтобы внедрить в клиническую практику ген-активированные материалы в качестве имплантируемых изделий для регенерации костных тканей. Подобные средства востребованы в хирургической стоматологии, челюстно-лицевой хирургии, травматологии и ортопедии.
«За полугодие у всех двадцати пациентов в зоне имплантации сформировался костный регенерат — полноценная костная ткань, в которую затем были установлены дентальные имплантаты. Сейчас мы отслеживаем эти клинические случаи. Пациенты довольны, имплантаты стоят, функция жевания восстановлена», — рассказывает собеседник.
Препарат назвали «Гистографт», в честь компании-разработчика, резидента фонда «Сколково». По словам эксперта, новинка позволяет устранять самые разные дефекты — от небольших до сегментарных, на половину челюсти. Дополнительные клинические исследования показали, что средство также успешно справляется в лечении пациентов с ложными суставами (образованиями, возникающими после травмы кости из-за неправильного срастания), повреждениями длинных трубчатых костей.
Единственный в своем роде
В настоящее время препарат зарегистрирован и доступен в России. Его активно применяют в хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.
«До сих пор других, зарегистрированных и используемых в клинической практике ген-актированных материалов ни в России, ни за рубежом пока нет. Наше изделие — первое в этом классе. Однако на этапе доклинических исследований аналогов достаточно много, разработки идут полным ходом и пока не дошли до внедрения», — отметил врач.
Среди них — еще одно средство в виде гранул, но уже на основе ксеногенного костного матрикса, то есть животного происхождения. В линейке есть и материалы в инъекционной форме для малоинвазивной хирургии, то есть для их применения не потребуются большие разрезы. Авторы технологии также занимаются созданием персонализированных ген-активированных имплантатов для больших костных дефектов — изделий в виде мембраны для восстановления костной ткани и слизистой полости рта.
Исследования проводятся в том числе при поддержке фонда «Сколково», Фонда содействия инновациям и гранта Российского научного фонда.
Несмотря на успешные испытания первого препарата, самым сложным, по мнению руководителя проекта, может стать непосредственно этап внедрения в лечебную практику.
«Недостаточно зарегистрировать готовый продукт. Врачи привыкли работать с изделиями, прошедшими десятки лет клинических наблюдений, хотя у них могут быть свои минусы — побочные действия, ограниченная эффективность, длительное время заживления. Поэтому так сложно внедрять инновационный продукт, даже более эффективный, чем аналоги. Медикам важно увидеть долгосрочные результаты, чтобы убедиться — средство действительно эффективно и превосходит то, которое они давно используют в практике», –заключил специалист.
Анна Шиховец
