Команда специалистов из Tufts University School of Engineering и Beth Israel Deaconess Medical Center (США) предложила более естественную и безопасную альтернативу металлическим спицам, штифтам, скобам, винтам и пластинам, с помощью которых фиксируются костные отломки при черепно-лицевых переломах. Они изготовили подобные хирургические приспособления из шелкового фиброина — белка, выделяемого тутовым шелкопрядом.
Металлоостеосинтез, без которого не обойтись при переломах костей свода черепа, сопровождается рядом негативных эффектов. Так, применяемые для фиксации костных отломков металлические винты и пластины из-за своей жесткости и твердости могут травмировать ткани. Кроме того, использование металлических имплантатов повышает риск инфицирования, а в некоторых случаях требует повторного оперативного вмешательства для их удаления. Применение рассасывающихся приспособлений, изготовленных из синтетических полимеров, частично решает проблему, но имеет свои недостатки – их труднее, чем металлические, устанавливать, кроме того, с ними связан повышенный риск воспалительных реакций.
Группа под руководством специалистов по реконструктивной хирургии Сэмюэла Лина (Samuel Lin) и биомедицинской инженерии Дэвида Каплана (David Kaplan) разработала фиксирующие хирургические приспособления, которые не только легко имплантируются, улучшают ремоделирование костной ткани после травмы и обладают высоким уровнем биосовместимости, но и со временем полностью рассасываются в организме.
Для их изготовления ученые использовали фибриллярный белок, выделяемый шелковичным червем Bombyx mori. Сделанные на основе шелкового фиброина изделия, благодаря его сложной структуре, обладают высокой прочностью и гибкостью. В отличие от металлических, на их механическую целостность и функциональность не влияет контакт с жидкостями и окружающими тканями, что избавляет пациентов от связанных с этим осложнений. Среди других преимуществ шелкового белка – близость его структуры к структуре кости, сохранение структурной стабильности при высокой температуре и в других экстремальных условиях, что позволяет стерилизовать изготовленные из него предметы.
Как подчеркнул Каплан, пожалуй, самым основным достоинством шелка является его способность стабилизировать и доставлять биоактивные компоненты, поэтому с помощью шелковых винтов и пластин, когда такие хирургические приспособления войдут в клиническую практику, можно будет вносить в травмированные ткани антибиотики и другие фармацевтические препараты, предназначенные для улучшения восстановления кости и более быстрого заживления. Кроме того, поскольку материал, из которого сделаны винты, по своей природе проницаем для рентгеновских лучей, это обстоятельство может облегчить отслеживание процесса заживления в послеоперационный период.
В ходе тестирования 28 шелковых винтов были имплантированы в бедренные кости шести лабораторных крыс. Установка устройств оказалась очень простой, они оставались хорошо зафиксированными в кости на протяжении контрольного срока в два месяца и продемонстрировали высокий уровень биосовместимости и обеспечили ремоделирование костной ткани.
Авторы планируют продолжить изучение потенциала шелковых хирургических приспособлений на более крупных лабораторных животных, а затем перейти к стадии клинических испытаний. Они полагают, что подобные устройства можно будет применять не только в черепно-лицевой хирургии, но и при других костных переломах.
