«Водопровод» внутри кости: ученые создали костный цемент, который спасет десятки тысяч человеческих ног

Проблема, с которой столкнулись ученые, была хорошо известна хирургам. Импортные костные цементы с антибиотиком часто не справляются со своей задачей: до 90% лекарства остается запертым в полимерной матрице и не участвует в борьбе с инфекцией. Когда бактерии начинают размножаться прямо на протезе, единственным способом спасти пациента нередко становится ампутация.

«Нашей задачей было создать состав с улучшенными характеристиками, который обеспечил бы локальную доставку большего количества препарата и при этом оказался бы эффективным против устойчивых к антибиотикам бактерий», — объясняет Владимир Винокуров, научный руководитель проекта, заведующий кафедрой физической и коллоидной химии Губкинского университета.

Исследователи экспериментировали с несколькими типами добавок. Все они должны были создать внутри цемента сеть микроскопических каналов и помочь антибиотику выходить наружу. Среди них были разные типы целлюлозы: нанокристаллическая, микрофибриллярная, нанофибриллярная, а также галлуазит — природный глинистый минерал, частицы которого имеют форму полых нанотрубок. Лучший результат по совокупности свойств (высвобождение лекарства плюс сохранение механической прочности самого цемента) показала нанофибриллярная целлюлоза. Именно на ней и остановились.

Нановолокна целлюлозы, смешиваясь с полимерной основой, создают внутри материала сеть микроскопических каналов — своего рода «водопровод». По этим каналам влага проникает вглубь цемента и вымывает антибиотик наружу. Если в обычных импортных аналогах лекарство выходит только с поверхности, то здесь в работу включается весь объем. Дополнительно в состав ввели антисептический компонент, который закрепляется на тех же нановолокнах и работает точечно, в безопасных дозах, уничтожая даже те бактерии, которые уже выработали устойчивость к традиционным антибиотикам.

«Нам удалось поместить антисептик на специальный носитель — нановолокна целлюлозы, так что лекарство работает точечно и в безопасных дозах. Благодаря целлюлозе мы получили эффект "водопровода" внутри цемента — антибиотик теперь не лежит мертвым грузом, а поступает прямо в рану», — говорит Владимир Винокуров.

Для хирургов, которые каждый день сталкиваются с последствиями тяжелых травм и сложных операций, появление отечественного материала — не просто научное достижение, а реальный рабочий инструмент.

«Ежегодно в России в подобной помощи нуждаются десятки тысяч пациентов с гнойными осложнениями остеосинтеза переломов и после эндопротезирования крупных суставов, а также с синдромом диабетической стопы. Импортные аналоги дорогие и не везде доступные, а наш цемент позволит сделать эту терапию рутинной и спасет тысячи людей от инвалидности», — отмечает Владимир Оболенский, доцент кафедры общей хирургии лечебного факультета РНИМУ имени Н. И. Пирогова.

Когда материал производится в родном отечестве, а не поставляется из-за рубежа, операции становятся дешевле, а значит, их можно проводить чаще и в большем количестве.

Сейчас микробиологические исследования уже проведены в бактериологической лаборатории ГКБ имени В.П. Демихова, а изучение свойств цемента на клеточных культурах и эксперименты на животных — на базе инжинирингового центра РНИМУ им. Н.И. Пирогова.

Исследователи планируют провести доклинические испытания материала в соответствии с национальными стандартами в этом году. Это означает, что при успешном подтверждении соответствия требованиям долгие клинические испытания на добровольцах могут не потребоваться: препарат сможет выйти на рынок сразу после завершения лабораторных проверок.

Проект выполняется по гранту Минздрава России «Разработка костного и антибактериального цемента на основе наноцеллюлозы» в рамках нацпроекта «Новые технологии сбережения здоровья», который реализуется до 2030 года.