"Freaking" para los huesos: cómo en Tomsk crear implantes innovadores

"Freaking" para los huesos: cómo en Tomsk crear implantes innovadores

Este material continúa el ciclo sobre laboratorios, investigaciones, desarrollos y proyectos de universidades regionales de la lista “Prioridad 2030”.

El primer material sobre el proyecto de los científicos de Saratov en la gestión de las funciones del sueño se puede leer aquí.

La creación de partes artificiales del cuerpo es un sueño de larga data de la humanidad.

Hoy se convierte en realidad.

Gracias a los esfuerzos de los científicos, los implantes se mejoran constantemente.

Los ingenieros dan productos en diferentes propiedades: ayúdelos a "engañar" a la inmunidad, es mejor echar raíces en el cuerpo humano, servir por más tiempo.

Y a veces se ven obligados a "disolverse" sin dejar residuos después del trabajo realizado.

En la Universidad Politécnica de Tomsk (TPU), varios grupos científicos trabajan en esta dirección.

El desarrollo de los científicos puede salvar a las personas del dolor y volver a una vida plena.

Los avances en ingeniería se han convertido en una parte integral de la medicina moderna.

Gracias a ellos, los médicos tuvieron la oportunidad de implantar con éxito partes artificiales del cuerpo.

Los implantes innovadores son proyectos en el campo de la ingeniería de la salud que los científicos de la TPU implementan con el apoyo del programa Prioridad Federal 2030.

La implantología, como en cualquier campo de la vida, tiene su propio llamado “clásico del género”.

El hueso destruido o su parte puede reemplazar el implante de metal.

Para su producción, la aleación de titanio, vanadia o circonio se usa con mayor frecuencia.

Todo estaría bien si no fuera por un “pero” significativo: siempre existe el peligro de que la inmunidad comience a rebelarse contra el implante y el cuerpo rechace un cuerpo extraño.

La tarea de los científicos es reducir este riesgo.

El equipo del centro científico y educativo B.

PAG.

Weinberg TPU, bajo el liderazgo de Sergei Tverdokhlebov, encontró una manera de "engañar" al cuerpo.

Los científicos han desarrollado varias tecnologías y equipos para la formación de recubrimientos de fosfato de calcio en la superficie del implante.

El cálculo es el siguiente: el calcio y el fósforo forman la base del tejido óseo; si el implante se cubre con una capa de estos elementos, el cuerpo lo toma como “suyo”.

Los científicos de Tomsk pudieron mejorar la biocompatibilidad y los stents coronarios, esta vez mediante la aplicación de un recubrimiento multicapa de oxinitruros de titanio y una capa de compuesto bioabsorbente con nanopartículas, cuya tecnología de modificación fue propuesta por los químicos de TPU.

Muestras de vasos artificiales realizados en TPU (foto: TPU) Los recubrimientos como forma de disfraz Los implantes con recubrimientos bioactivos son muy utilizados en medicina regenerativa.

Uno de estos desarrollos de los politécnicos de Tomsk son las agujas de tejer de acero que se implantan en el hueso tubular y se utilizan como un "conductor" que ayuda a formar tejido óseo nuevo.

Un equipo de científicos, dirigido por el candidato a ciencias técnicas, Evgeny Bolbasov, ha desarrollado una tecnología para la fabricación de dichos implantes y la aplicación de recubrimientos compuestos basados en plásticos fluorogrue con propiedades piezoeléctricas.

Estos últimos tienen una composición y características físicas cercanas al tejido óseo real, lo que les permite ser utilizados para tratar enfermedades ortopédicas infantiles causadas por patologías hereditarias.

Evgeny Bolbasov, investigador del laboratorio de sistemas híbridos de plasma de TPU: “La especificidad de este recubrimiento también es que produce células madre de la médula ósea que pueden dividirse en varios tipos de células, “reentrenadas” en material óseo.

Como resultado, el tejido óseo nuevo comienza a aumentar intensamente alrededor del implante.

Después de completar con éxito el proceso de regeneración, se elimina el radio.

” Los implantes con varios recubrimientos bioactivos se introducen en la práctica médica.

Los empleados del famoso centro de ortopedia que lleva el nombre del académico Ilizarov (Kurgan), que se especializa en la corrección de deformaciones corporales congénitas, trataron a más de 300 pacientes.

Los productos médicos innovadores desarrollados por los científicos de Tomsk ayudan a reducir los plazos para las extremidades casi al doble.

Otra experiencia exitosa en la aplicación del desarrollo es la medicina veterinaria, y más específicamente, la restauración de extremidades en animales.

Implante para traumatología realizado en el Politécnico de Tomsk (foto: TPU) Depósito de moléculas Otra área de trabajo en el campo de la modificación de recubrimientos es la síntesis en la superficie de titanio de implantes de dióxido de titanio.

Lo llevan a cabo científicos de la escuela de investigación de tecnologías químicas y biomédicas del Politécnico de Tomsk junto con colegas de Alemania y EE. UU.

Los recubrimientos de fosfato de calcio, idénticos en su composición química al hueso humano, se aplican a los nanotubos.

Roman Surmenev, Director del Centro de Investigación "Ciencia de Materiales Físicos y Materiales Compuestos" TPU: "Los nanotubos debido a los altos valores del área de superficie específica son una especie de" depósito "para cargar diversas sustancias y moléculas bioactivas, que pueden aumentar significativamente la bioactividad de la superficie del implante.

Por lo tanto, mejoran la supervivencia de los implantes óseos.

Además, las sustancias medicinales cargadas en nanotubos entrarán en el cuerpo del paciente, ayudándolo a luchar contra ciertas enfermedades.

Muestras de biomateriales compuestos inteligentes sintetizados en TPU (foto: TPU) Hueso, cerámica, amistad La aplicación de recubrimientos bioactivos no es la única opción para “hacer” el cuerpo con un implante.

Hay productos que tienen mejor biocompatibilidad en comparación con sus análogos de metales y aleaciones a base de titanio y níquel.

Por ejemplo, implantes hechos de cerámica biomedum.

No necesitan capas protectoras para "sobrevivir" en el cuerpo y tienen efectos secundarios mínimos.

Los implantes cerámicos son ampliamente utilizados en ortopedia y odontología.

Se desarrollan los politécnicos de Tomsk nuevas tecnologías para implantes individuales basados en nanokeriramics de circonio, así como la mejora de las tecnologías existentes para el pedido del socio industrial: la empresa de alta tecnología "My ceramic-implant", residente de la Zona Económica Especial de Tomsk.

Oleg Khasanov, Director del Centro de Innovación Científica y Educativa “Nanomateriales y Nanotecnología” TPU: “Las ventajas competitivas de nuestras tecnologías de implantes cerámicos son que la fabricación de productos individuales se vuelve más económica.

En las décadas de 1990 y 2000, nuestro grupo científico fue desarrollado, patentado e introducido en la producción de formación de nanoporos cerámicos en productos funcionales de una forma determinada utilizando métodos de prensado por ultrasonido y colector.

Hoy los usamos para crear implantes de cerámica médica de diversos propósitos.

“Entre los desarrollos relevantes están los implantes para una articulación de carnero en el tobillo, componentes dentales.

Los resultados son necesarios para cumplir con los pedidos de empresas y centros médicos rusos y extranjeros.

Los estudios de estructura de nuevos materiales en TPU se realizan en un microscopio electrónico translúcido de ultra alta resolución (foto: TPU) Bosques de construcción para ayudar No siempre para la “reparación” del hueso se necesita un implante.

En algunos casos, cuando se trata de cargas menores en el hueso, puede usar Skaffold (del inglés: "Building Forests").

El material para ellos son polímeros y compuestos, sustancias que consisten en dos o más componentes con diversas propiedades físicas y químicas.

Su combinación le permite obtener materiales con características mejoradas que no son propias de cada uno de los componentes iniciales.

Los andamios se obtienen por electroformado o de otras formas.

Imitan la estructura de la matriz extracelular de los tejidos óseos, contienen medicamentos curativos y desaparecen por completo cuando el hueso se fusiona.

“El desarrollo de varios tipos de trajes espaciales es una práctica mundial.

Nuestros científicos han aplicado polioxicanoatos, polímeros biodegradables producidos por bacterias.

El material es absolutamente no tóxico.

Después de la formación de nuevos tejidos óseos y la disolución de Skaffold, sus productos de descomposición se excretan del cuerpo sin efectos secundarios ”, enfatiza el profesor Roman Surmenev.

Tendencias clave La implantología no se detiene, convirtiendo en realidad lo que ya hace relativamente poco tiempo parecía un fenómeno del futuro.

Aquí hay tendencias.

Nuevos materiales Los metales y sus aleaciones que se han convertido en tradicionales para la implantología son reemplazados gradualmente por cerámicas, polímeros y composites.

Los piezomateriales son otra dirección prometedora.

Su propiedad única es la capacidad de producir una pequeña carga eléctrica como resultado de una deformación o carga mecánica.

Le permite acelerar la curación con fracturas óseas.

La esencia del proceso es que la carga eléctrica afecta a las células óseas, principalmente a los osteoblastos y osteoclastos que intervienen en la cicatrización y al mismo tiempo repelen las bacterias, es decir, pueden aportar propiedades antibacterianas a la superficie.

Esta carga se genera bajo la influencia de la carga sobre el elemento piezoeléctrico introducido en un defecto óseo.

Los polioxiacanoatos, una clase de polímeros biodegradables con los que trabajan los científicos de TPU, son piezoeléctricos.

Pero este no es el límite para la ciencia moderna.

Sergey Tverdokhlebov, Profesor Asociado del Centro Científico y Educativo B.

PAG.

Weinberg: “Hoy ha habido una tendencia a la transición al área de materiales inteligentes autónomos sensibles.

Son capaces de ajustar sus propiedades de forma independiente y tienen un efecto terapéutico en respuesta a cambios en el medio ambiente o procesos biológicos.

Para ello, se introduce un sensor en la estructura porosa del implante, que controla el estado del cuerpo mediante una interfaz interna o externa.

Prediciendo las posibles consecuencias, da una orden y se liberan del implante las drogas o sustancias medicinales necesarias para estabilizar la situación.

En particular, nuestro grupo científico ahora está comprometido en el desarrollo de un chip híbrido multifuncional en el marco de la Prioridad 2030.

Aplicación de tecnologías aditivas Permiten obtener un producto de cualquier forma, geometría y tamaño según un modelo informático.

Las tecnologías aditivas son un sello voluminoso o tridimensional.

Él impresora 3d layer behind the layer creates a voluminous object, a real copy of the computer model.

Los materiales pueden ser utilizados por varios, sin excepción: titanios tradicionales, sus aleaciones con aluminio, vanadio, niobio, circonio, así como polímeros y compuestos, tradicionales para crear implantes óseos.

Digitalización y personalización total Los materiales y tecnologías innovadoras permiten implantes directamente para cada paciente en particular, teniendo en cuenta su anatomía, genética, edad, características de género.

También hay una tendencia claramente delineada a reducir el tiempo desde la idea hasta la introducción de materiales en la medicina.

Estos están introduciendo activamente tecnologías que en un futuro previsible entrarán en la práctica habitual.

“La implantología y la ciencia en general en los últimos años se han desarrollado muy rápidamente.

Creo que en 20-30 años seremos capaces de hacer un reemplazo casi cien por ciento artificial de vasos sanguíneos, uréter, conductos biliares.

De acuerdo con las características de biocompatibilidad, no diferirán de las naturales ”, dice Evgeny Bolbasov.

– Existe la posibilidad de que el problema de los tejidos donantes se resuelva por completo.

Con el tiempo, aprenderemos cómo reemplazar parte del riñón afectado, crear equivalentes a grandes tejidos funcionales.

En Occidente, lo más probable es que esto suceda más rápido.

Pero solo porque empezaron antes.

Sin embargo, no se excluye un gran avance en Rusia: en nuestro país, hay realmente muchos científicos de pensamiento creativo.

Los vasos artificiales en TPU se realizan mediante hilado eléctrico.

Esto es, literalmente, estirar las fibras más delgadas de una solución de polímero bajo la influencia de un campo eléctrico (foto: TPU) Mehman Yusubov, profesor TPU, jefe de Strategia Health Development Stava: “Nuestro principal objetivo es el desarrollo, creación, prueba y difusión de nuevos implantes personalizados con determinadas propiedades, así como tecnologías y metodologías para su producción y aplicación en la práctica clínica.

Apoyar el programa Prioridad 2030 nos permitirá ir más allá.

Nuestros planes están en nuestros planes: el desarrollo de biochips híbridos multifuncionales y piezógenos introducidos en el cuerpo humano para el funcionamiento autónomo de diversos dispositivos implantados, equivalentes de tejido artificial, implantes compuestos y personificados basados en tecnologías aditivas y tecnologías de producción a partir de nanosomas cerámicos.

Gracias a la participación en Priority 2030, podremos, junto con los socios, realizar un complejo completo de estudios tecnológicos, preclínicos y clínicos para cada producto creado.

Después de eso, estaremos listos para transferir la tecnología junto con el paquete de datos obtenidos y los resultados de los socios industriales para la producción en serie de productos.

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