В Университете МИСИС создали имплантат щитовидного хряща с помощью 3D-биопечати

В НИТУ МИСИС представили прототип хрящевого имплантата гортани, который можно напечатать на 3D-биопринтере с учётом анатомических особенностей пациента и затем хирургически восполнить утраченный участок. Проект реализуется в сотрудничестве с Центром оториноларингологии ФМБА России.

Одна из наиболее распространённых тканей в организме — гиалиновая хрящевая. Она есть в гортани, носу, трахеях, бронхах, суставах, рёбрах и трубчатых костях. Гиалиновый хрящ гортани выполняет защитную и опорную функции для соседствующих органов, предотвращает коллапс дыхательных путей, а также к нему прикрепляются мышцы и связки. Однако в случае повреждений он плохо восстанавливается, потому что в нём нет кровеносных сосудов, а клетки, отвечающие за обновление, не могут активно делиться. Часто с этой проблемой сталкиваются онкопациенты при лечении рака — особенно на 3–4 стадиях, когда опухоль прорастает в гортань и щитовидный хрящ удаляют. Согласно данным Российского центра информационных технологий и эпидемиологических исследований в области онкологии МНИОИ имени П. А. Герцена, распространенность рака гортани по стране за 2022 год составила 28,7/100 тыс. населения.

«Учёные Университета МИСИС совместно с экспертами 3Д биопринтинг солюшенс создали технологию печати персонализированного хрящевого имплантата гортани, который точно повторяют форму повреждённого участка. Модель предполагает перспективное промышленное внедрение в течение нескольких лет. При этом технология может быть адаптирована и для других видов гиалинового хряща», — рассказала ректор Университета МИСИС Алевтина Черникова.

Специалисты НИТУ МИСИС и «3Д биопринтинг солюшенс» предложили печатать сетку из термопластичного полиуретана с последующим термоформованием под конкретного пациента. Чтобы клетки могли крепиться к поверхности сетки, учёные предлагают покрывать её коллагеном или наносить биосовместимый полиэлектролитный комплекс хитозана и полиглутаминовой кислоты, широко используемый в регенеративной медицине. Оптимальная пористость для применения в хирургии составила 50% с модулем Юнга 82±5 МПа.

Кандидат медицинских наук, управляющий партнер «3Д биопринтинг солюшенс» Юсеф Хесуани отметил: «Несмотря на острую клиническую потребность на сегодняшний день не существует коммерчески доступных имплантатов для замещения дефектов щитовидного хряща, пригодных для массового применения в клинической практике. Биопечать же позволяет восстановить нативные ткани, воссоздать сложные анатомические формы и масштабировать тканевые конструкции».

«Индивидуализированные полиуретановые каркасы хрящей мы получили при помощи FDM-печати и термоформования на основании данных КТ. Тесты на цитотоксичность показали, что материал абсолютно безопасен. Мы надеемся, что при дальнейшем внедрении разработка позволит ускорить реабилитацию пациентов», — отмечает выпускница программы «Биоматериаловедение iPhD» НИТУ МИСИС Елизавета Пешкина, чей проект был посвящен этой теме.

 Исследование выполняется участниками консорциума «Инженерия здоровья» и ведётся в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Биомедицинская инженерия и биоматериалы» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030».