Ученые разработали саморазлагающееся биосовместимое покрытие для костных имплантатов, способное медленно высвобождать в окружающие ткани противоопухолевый препарат. Благодаря этому его можно использовать для предотвращения рецидивов рака кости, чтобы частично заменить общую химиотерапию, негативно сказывающуюся практически на всех органах человека. Эксперты считают технологию перспективной, но подчеркивают необходимость дальнейших исследований.
Для лечения рака кости опухоли удаляют хирургическим путем, устанавливая на место пораженной ткани титановый имплантат. Затем пациентам проводят химиотерапию, чтобы предотвратить рецидив болезни. Однако прием сильнодействующих препаратов приводит к большому количеству побочных эффектов: слабости, выпадению волос, нарушению работы пищеварительной системы, почек и сердца. Чтобы избежать этого, ученые разрабатывают имплантаты, которые не просто бы заместили утраченную ткань, но и доставляли бы лекарства напрямую в кость.
Исследователи из Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск) разработали покрытие для костных имплантатов, которое после протезирования медленно высвобождает противоопухолевый препарат в окружающие ткани.
— Мы предложили многообещающую стратегию создания костных имплантатов, с помощью которых можно локализованно и контролируемо доставлять лекарственные средства в костную ткань, — рассказала «Известиям» кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов Института физики прочности и материаловедения СО РАН Екатерина Комарова. — Если вместо противоопухолевого препарата, протестированного нами, в покрытие «загрузить» другие лекарства, можно будет использовать их не только при лечении рака, но и в других сферах, например в травматологии и зубном протезировании.
За основу авторы взяли кальций-фосфатный цемент — пористый материал, по химическому составу очень близкий к естественной костной ткани, а потому биосовместимый. Его нанесли электрохимическим методом с ультразвуком на поверхность титановой пластины, которая имитировала используемый в клинической практике имплантат. После этого в пористое покрытие «загрузили» раствор противоопухолевого препарата 5-фторурацила, который широко применяется для лечения онкологических заболеваний. Образцы высушили на воздухе, благодаря чему лишняя жидкость испарилась, а действующее вещество осело в порах кальций-фосфатного цемента.
Затем исследователи нанесли еще один слой покрытия, который должен был предотвратить слишком быстрое высвобождение препарата из пор и тем самым обеспечить продолжительный эффект лечения. В качестве такой защиты ученые выбрали синтетический биосовместимый и биоразлагаемый полимер из молекул молочной и гликолевой кислот.
Как рассказали исследователи, этот материал удобен тем, что, попадая в организм, он медленно (от нескольких недель до нескольких месяцев в зависимости от соотношения кислот в составе) разлагается. Благодаря этому по мере его распада из нижележащего кальций-фосфатного слоя будет постепенно выделяться противоопухолевый препарат.
Скорость высвобождения лекарства из покрытия исследователи оценили, поместив образец в раствор, имитирующий биологическую жидкость организма человека. Оказалось, что лекарство выделяется из покрытия постепенно: по прошествии первых трех суток в раствор вышло 72% использованного препарата, а на пятый день — 100%. Для сравнения, образец, в котором не было защитного полимерного покрытия, «выпустил» всё лекарство всего за 2–4 часа.
— В дальнейшем мы как раз планируем использовать другие препараты, например антибиотики, а также модифицировать технологию их «загрузки», чтобы увеличить сроки выхода препарата в окружающие ткани до одного месяца — это позволит полностью исключить общий прием лекарств, — рассказала Екатерина Комарова.
Функционализация имплантатов и их поверхностей с помощью различных лекарственных препаратов — это крайне эффективное интересное направление, отметил руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета, член-корреспондент Академии наук Татарстана Альберт Ризванов.
— Особенно в области регенеративной медицины. В данном же случае при загрузке химиотерапевтическими препаратами можно столкнуться с тем, что они будут препятствовать интеграции самих костных имплантатов в организм пациентов, поэтому нужны детальные исследования, — сказал эксперт «Известиям».
Адресная доставка препаратов позволяет снизить их побочные эффекты и повысить эффективность, отметил научный сотрудник Института иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН Михаил Болков.
— Разработка ученых более универсальна, чем просто лечение костных опухолей, и если у них получится, то это будет использоваться для транспортировки различных действующих веществ внутри организма, — добавил эксперт.
Результаты исследования, поддержанного грантом президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Materials Today Communications.
