Роль междисциплинарной интеграции в развитии методов стерилизации для решения задач регенеративной медицины

Среди ряда актуальных проблем современной регенеративной медицины опорно-двигательного аппарата следует выделить одну из приоритетных – создание новых эффективных пластических материалов [3, 4, 19]. При этом возникает необходимость решения задач, связанных:

• •    с обеспечением потребности в костно-пластическом материале;

• •    разработкой имплантатов высокого качества.

42 Специальный выпуск

Успех в решении первой задачи может быть обеспечен при использовании в процессе изготовления костных имплантатов современных подходов, основанных на применении высокотехнологичных методов заготовки, механической, химической и фармобработки костных фрагментов. Применение инновационных авторских разработок – методов физико-механического разделения (резки) кости, включая гидродинамическую инци-зию [16], составляющих основу современных технологий и характеризующихся высокой производительностью, – позволяет обеспечить удовлетворение постоянно возрастающей потребности в костно-пластическом материале высокого качества.

Ввиду дефицита донорского материала – костей человека из-за существующих ограничений, препятствующих возможности их получения в достаточном количестве, – осуществляются поиски альтернативных источников. Проведенные исследования [8] позволили установить возможность использования ксеноматериала – костей быка, свиньи. Это подтверждается результатами сравнительного комплексного структурно-функционального анализа указанных костей с позиций биоматериаловедения, позволившего выработать рекомендации по использованию костных фрагментов для биоимплантологии с учетом установленного факта, что физико-механические характеристики являются интегральным выражением морфомеханического состояния костей, уровня их структурной организации, действующих функциональных нагрузок и состава костной ткани [8, 9].

Технологии получения костных имплантатов и обеспечение их качества

На основе положений концептуальной модели костной ткани [8], которая рассматривается как многокомпонентная гетерогенная анизотропная среда, имеющая объемно ориентированную систему внутрикостных пространств, предложены и экспериментально апробированы технологии контролируемого получения костных имплантатов с различным композиционным составом с учетом их функционального назначения в соответствии с заданными требованиями [5, 6], включая выполнение ими роли носителя лекарственных средств для адресной доставки в зону оперативного вмешательства.

Вопросам обеспечения высокого качества поверхности биоимплантатов (оптимальная степень ее шероховатости, морфофункциональные особенности, элементный состав), прямой связи этой характеристики с эффективностью применения костно-пластического материала в биоимплантологии уделяется в последнее десятилетие особое внимание [1, 2, 17]. При этом подчеркивается важная роль и целесообразность использования в биоимплантологии современного высокотехнологичного метода объективной регистрации – элементного анализа [16] для обеспечения высокого качества, безопасности имплантатов на основе биологических тканей, получения комплексной структурно-функциональной характеристики с учетом состава биологических тканей.

Важным показателем качества биоимплантатов является надежная стерилизация [16], обеспечивающая безопасность как реципиента, так и медицинского персонала клиник и банков тканей. Выбор метода стерилизации (химический, физический), стерилизующего фактора составляют основу стратегии получения эффективных

Розанов В.В. и др. Роль междисциплинарной инт еграции в развитии методов...

имплантатов, в которых сохранены исходные остеоиндуктивные свойства. Применяемые в настоящее время технологии нуждаются в их совершенствовании, поиске инновационных подходов к повышению эффективности и безопасности процесса стерилизации [10, 11]. В этой связи заслуживает внимания метод, связанный с возможностью применения в биоимплантологии стерилизации с использованием озоно-кислородной смеси [12]. Для экспериментальной апробации метода созданы специальные устройства [13], разработаны регламенты проведения работ. Выявленные преимущества рассматриваемого метода – эффективность, доступность, технологичность – делают его предметом выбора по сравнению с применяемыми на практике методами.

Проведенный анализ направлений дальнейшего развития методов стерилизации [14, 16] позволил определить перспективы использования существующих технологий и выделить в качестве приоритетных комбинированные технологии стерилизации биоимплантатов [7, 15, 16], которые предполагают двухэтапное воздействие. Такой подход позволяет достичь синергетического эффекта стерилизующего воздействия физико-химических факторов различной природы – ионизирующего излучения и озоновой обработки. Оптимальные сочетания рассматриваемых стерилизующих факторов, регламентированные в разрабатываемых технологиях, предложенные способы снижения дозовой нагрузки в процессе радиационной стерилизации костных имплантатов [18] открывают возможности использования установленных преимуществ указанных методик при одновременном снижении степени воздействия, побочных эффектов каждого из этих мощных стерилизующих факторов в отдельности.

Важно отметить, что побочные действия стерилизующих факторов изучены в разной степени. Имеются сведения о дозозависимых эффектах радиационного воздействия в широком диапазоне значений дозы поглощения, вплоть до 125 кГр [20]. При этом реакция костной ткани на озоновую обработку и возникающие при этом структурно-функциональные изменения биоимплантатов на сегодняшний день практически не изучены.

Вопросы интеграции при решении актуальных задач трансплантологии

Решение рассмотренных актуальных задач невозможно без междисциплинарной интеграции, объединения усилий представителей смежных областей наук – биофизики, биоэлементологии, морфологии, радиационной медицины и ряда других в развитии методов пробоподготовки, стерилизации, объективной регистрации структурно-функционального состояния, состава костных имплантатов для решения задач регенеративной медицины [4, 17]. Примером практической реализации этого условия и подтверждением плодотворного сотрудничества может служить деятельность совместной (ФГБНУ ВИЛАР – МГУ) научно-исследовательской лаборатории биомедицинских технологий, созданной в 2013 г. на базе Научно-исследовательского и учебно-методического центра биомедицинских технологий ФГБНУ ВИЛАР, при непосредственном участии ученых этого центра, специалистов физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, а также Физико-технического института Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова [17].

44 Специальный выпуск

Заключение

Представленные данные свидетельствуют о том, что современные вызовы последних десятилетий отразились и на практической медицине. Их проявление выражается в недостаточном объеме эффективного пластического материала, инновационных технологий его получения для целей биоимплантологии. Поиск оптимальных решений, получение новых сведений в рамках рассматриваемой проблемы позволят внести достойный вклад в создание научно обоснованной базы для оценки реального состояния и обсуждения направлений дальнейшего инновационного развития междисциплинарных исследований, расширения представлений о влиянии на организм человека различных экзогенных факторов физико-химической природы, включая электромагнитные поля различных частотных диапазонов и интенсивностей.

Публикуется с разрешения «Журнала радиоэлектроники»