В Центре технологий Физико-технического института ТПУ создают инновации мирового уровня. Разработка новых материалов для имплантатов в области травматологии и ортопедии становится одним из мировых трендов.

Количество научных статей по этой тематике растет в геометрической прогрессии, в развитие регенеративной медицины во многих странах уже вкладывают миллиарды долларов. Россия чуть отстает, однако по отдельным направлениям наши разработки выходят на мировой уровень и даже превосходят зарубежные аналоги. В одном только Томске в этой сфере работают сразу несколько научных коллективов.

Один из них - Центр технологий при кафедре экспериментальной физики Физико-технического института Томского политехнического университета- знают далеко за пределами нашего отечества. О достижениях Центра мы беседуем с его начальником, кандидатом физико-математических наук, доцентом кафедры экспериментальной физики ФТИ ТПУ Романом Сурменевым.

ТИТАН, ПОЛИМЕРЫ И ЗD-ТЕХНОЛОГИИ

- Роман Анатольевич, как создавался ваш центр, с чего все начиналось?

- Наша лаборатория, ЦТ, была образована в начале девяностых годов прошлого века на базе кафедры теоретической и экспериментальной физики, которая впоследствии после ряда реорганизаций стала называться кафедрой экспериментальной физики. У истоков создания центра стоял профессор Давид Израилевич Вайсбурд - известный специалист в области радиационных технологий. Под его руководством на первоначальном этапе в ЦТ занимались изучением процессов облучения диэлектрических и иных материалов различными высокоэнергетическими потоками. После безвременной кончины Давида Израилевича центр возглавил мой научный руководитель, заведующий нашей кафедрой профессор Владимир Федорович Пичугин. Направления исследований кардинально изменились: мы приступили к изучению и разработке различных биоматериалов, впоследствии сконцентрировавшись на материалах для регенеративной медицины. Это наш профиль по сей день. Я возглавил центр в 2015 году, и сейчас он является структурным подразделением кафедры экспериментальной физики, руководимой профессором Кривобоковым Валерием Павловичем.

- Какие направления развиваете сегодня?

- Наши основные направления связаны с разработкой новых материалов - металлических, полимерных, композитных и так далее - для замещения различных костных дефектов, а также с разработкой специальных покрытий для имплантатов, обеспечивающих их биосовместимость и в нужных случаях биоактивность с окружающими тканями. Прежде всего это неорганические гибридные покрытия главным образом на основе гидроксиапатита для имплантатов и других медицинских изделий из металла, например, титана и его сплавов.Проблема в том, что в человеческом организме присутствует электричество, циркулируют микротоки, под влиянием которых между металлическим имплантатом и тканями начинается ионный обмен. Простыми словами, близлежащая ткань заболевает, болезнь называется "металлоз". Чтобы этого не происходило, требуются специальные, разделяющие ткани и металл покрытия, облегчающие интеграцию имплантата в организм. Одна из наших технологий - нанесение покрытия на основе гидроксиапатита методом магнетронного распыления, заимствованного нами из арсенала электронной промышленности. Кстати, это тема моихдипломов и кандидатской диссертации.

- Насколько известно, недостатком имплантатов из металла является то, что, выполнив свою функцию, в частности, в случае молодого поколения, они требуют удаления, повторной операции...

- Совершенно верно, поэтому мы развиваем и другие направления, например, магниевые имплантаты, которые биодеградируют в организме. Это имплантаты малых размеров, например, микровинты или микропластины. Они позволяют зафиксировать какой-то дефект костной ткани и, выполнив свою задачу, с течением времени растворяются выводятся из организма в процессе метаболизма. У них тоже есть недостаток: они не должны иметь большие размеры, иначе магний будет интенсивно растворяться, превысит допустимый порог, и организм не сможет вывести его безболезненно.

Это чревато различными осложнениями. Поэтому заместить, например, более или менее объемный участок поврежденной кости с помощью магния мы не можем.

- Что же делать в этом случае?

- Для замещения больших объемов костной ткани используют имплантаты полимерные либо гибридные, есть у нас и такие разработки. Мы создаем имплантаты на основе различных гибридных полимеров, в первую очередь содержащие кальций-фосфатные наночастицы на основе гидроксиапатита с добавлением различных активных компонент (кремний, стронций и так далее), заселяем их стволовыми клетками и помещаем туда, где утеряна костная ткань, - это называется скэффолд-технологиями. Суть в том, что стволовые клетки, которые способны дифференцироваться в любой вид ткани, стимулируют прорастание имплантата кровеносными сосудами, нервами, костной тканью и т. д. Позже сам имплантат растворяется, остается полностью восстановленный участок кости.

- В томских СМИ проходила информация, что ваш центр разрабатывает биоактивные покрытия для имплантатов, создаваемых с использованием технологий трехмерной печати. Как развивается это направление?

- Это очень перспективное направление, которое мы разрабатываем в сотрудничестве с зарубежными коллегами из группы профессора Андрея Валентиновича Коптюга из Университета Центральной Швеции (Эстерсунд). При нанесении на такой имплантат наши кальций-фосфатные покрытия "маскируют" его под костную ткань, облегчают интеграцию в организме. Это очень эффективно, особенно с учётом того, что сам имплантат изготавливается с применением аддитивных технологий на ЗР-принтере в соответствии с заданной моделью. Например, больному, потерявшему тазобедренный сустав, делается томография, по данным которой разрабатывается компьютерная модель, абсолютно идентичная утраченному участку костной ткани, и на основе этой модели с высокой точностью (50-100 микрон) изготавливается имплантат.

Можно создавать изделия под конкретного пациента - это уже персонализированная медицина. Здесь мы развиваем несколько направлений, работаем с металлическими, полимерными и гибридными имплантатами.

ИННОВАЦИИ "ПОД КЛЮЧ"

- Сфера ваших исследований - на стыке двух наук, физики и биологии, где без научной кооперации не обойтись. С кем сотрудничаете?

-У нас действительно много партнеров. Активно работаем с томской академической наукой - Институтом физики прочности и материаловедения (профессор Шаркеев Ю. П.) и Институтом сильноточной электроники (профессор Коваль Н. Н.), со многими медучреждениями, включая СибГМУ. Немало иногородних партнеров - Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино, Московская область), ЦНИИ травматологии и ортопедии им. Н. Н. Приорова (Москва), Саратовский государственный медуниверситет, ряд других. Что касается партнеров зарубежных, то с ними сотрудничаем, пожалуй, еще плотнее. В Германии, например, у нас прочные связи с Университетом Дуйсбург-Эссен, Институтом Фраунго-фера (Штутгарт) и Технологическим институтом Карлсруэ, в Бельгии - с Гентским и Антверпенским университетами, в Австралии - с Университетом Джеймса Кука. Есть также партнеры в США, Франции, Румынии и других странах, с которыми мы выполняем совместные исследовательские проекты, осуществляем обмен студентами и так далее. Мы сотрудничаем с такими известными всему миру специалистами, как, например, один из самых крупных исследователей в области биомедицинского материаловедения профессор Университета Дуйсбург-Эссен Маттиас Эппле. Очень полезные контакты.

- Ваш центр ведет фундаментальные и прикладные исследования, а как обстоят дела с коммерциализацией?

- На сегодняшний день мы имеем два патента на изобретения (третья заявка находится на рассмотрении), готовимся к этапу доклинических и клинических испытаний. Это самый сложный этап, надеемся приступить к нему в ближайшие два-три года. Все эксперименты на животных успешно пройдены, остался человек.

- Выход на рынок требует много сил и средств. Что считаете своими конкурентными преимуществами?

- Думаю, наше основное преимущество - в комплексном подходе: мы разрабатываем и сами материалы, и методы модифицирования их поверхности. Рассчитываем, что в недалеком будущем у нас будет представлен полный цикл - от идеи и НИОКРа до внедрения в производство и медицинскую практику. Что называется, "под ключ". Запатентованные нами технологии уникальны, не имеют аналогов в мире. Надеюсь, ЦТ будет представлять интерес как для организаций, продвигающих фундаментальные исследования, так и для учреждений практической медицины. Мы можем предложить уже запатентованные технологии для реализации на базе предприятий-партнеров, включая услуги по обучению персонала, можем оказывать услуги по нанесению покрытий на уже готовые имплантаты заказчика, рассмотрим любые другие предложения. И, конечно, нашим главным преимуществом является молодой высокопрофессиональный коллектив специалистов-единомышленников. В центре работают полтора десятка квалифицированных молодых перспективных сотрудников, в том числе привлеченные специалисты академических институтов, трудоустроенные аспиранты, студенты. Все владеют как минимум английским языком, имеют опыт зарубежных стажировок и участия во всероссийских и международных научных форумах, активно публикуются в журналах с высоким индексом цитирования.

- Каковы планы на ближайшее будущее?

- Как я уже сказал, одна из наших ближайших задач - выход на доклинические и клинические испытания: возможности их проведения мы обсуждаем с несколькими научно-медицинскими учреждениями, включая Новосибирский НИИ травматологии и ортопедии. В 2017-м эта работа будет продолжена.

Кроме того, на нынешний год у нас запланированы работы по получению новых многокомпонентных сплавов титана с низким модулем Юнга для костных имплантатов, подвергающихся значительным механическим нагрузкам, совместный проект с Университетом Центральной Швеции (профессор Коптюг А. В.), Центром синхротронного излучения (Гренобль, Франция) и Технологическим институтом Карлсруэ (Германия) по фундаментальным исследованиям процессов остеоинтеграции наших имплантатов, ряд других проектов. Работы много, и много новых перспективных идей, расслабляться не придется.

Источники

Роман CУРМЕНЕВ: Наша сила - комплексный подход
Территория интеллекта, 06/02/2017

Похожие новости

  • 12/04/2017

    Интервью с разработчиками системы адаптации экзоскелета для людей с ДЦП

    ​В начале апреля появилась новость о том, что молодые ученые Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники получили грант по программе "УМНИК" на проект по созданию системы для адаптации существующих экзоскелетов для людей с ДЦП.
    856
  • 22/10/2018

    Александр Шелупанов - о том, как в ТУСУРе формируется экосистема для инноваций

    ​Технологическое предпринимательство для Томского университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) — не веяние моды и не явление только нынешнего дня, это модель развития вуза, которая реализуется на протяжении последних десяти лет.
    122
  • 30/05/2017

    Примеси придают воде интересные свойства

    ​Все знают, что вода при нагревании закипает. Однако этот процесс не так прост, как кажется. Если жидкость немного загрязнена, то в ней происходят различные интересные явления. О том, что они собой представляют и зачем их нужно изучать, знает доктор физико-математических наук профессор Томского политехнического университета Павел ­Стрижак, получивший на свои исследования грант Президента РФ для поддержки молодых ученых.
    708
  • 24/10/2017

    ТУСУР – на шаг впереди в социальной робототехнике

    Заведующий лабораторией робототехники и искусственного интеллекта Томского университета систем управления и радиоэлектроники Евгений Шандаров рассказал в эфире телеканала "Россия 24" в программе "Час науки" об искусственном интеллекте, социальной робототехнике и участии томичей в финале чемпионата мира по футболу среди роботов Robocup в Японии.
    469
  • 16/01/2018

    Ученые ТПУ разрабатывают технологии для передачи энергии на расстоянии

    ​Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают технологии для передачи энергии на расстоянии по сетям 5G. Профессор кафедры программной инженерии ТПУ Налин Джаякоди рассказал TelecomDaily, что с помощью такого решения можно, например, заряжать аккумулятор смартфона без привычного зарядного устройства.
    500
  • 11/04/2016

    Егор Лобода: сгорая, вещества делятся с учеными важными сведениями

    ​С огнем человечество знакомо, можно сказать, с момента своего рождения. Со страхом и удивлением смотрел наш далекий предок на молнии и вызываемые ими лесные пожары. Но эти чувства сравнительно быстро сменились желанием приручить небесное пламя, использовать его для различных нужд.
    1021
  • 07/11/2017

    ​Ученые ТПУ разрабатывают уникальную бронекерамику

    В Наноцентре Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ) разработали способ изготовления разнообразных функциональных изделий из прочной и ударновязкой нанокерамики, применив для прессования сухих нанопорошков пресс-формы специальной конструкции - ультразвуковые или коллекторные - вместо жидкофазных химических методов.
    667
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    2659
  • 04/10/2016

    В Airbus Safran Launchers заинтересовались созданным в Томске наноматериалом

    ​Airbus Safran Launchers (совместное предприятие авиакосмического концерна Airbus Group и французской корпорации Safran) заинтересовалась разработанной в Томском госуниверситете технологией получения наноматериала - легкого, как алюминий, и прочного, как сталь, сообщил завлабораторией высокоэнергетических и специальных материалов ВУЗа Александр Ворожцов.
    1293
  • 20/03/2018

    Способ активации нанопорошка алюминия, разработанный учеными ТПУ, вошел в 100 лучших изобретений России

    ​Способ активации нанопорошка алюминия путем термического воздействия, разработанный научным коллективом Томского политехнического университета, вошел в число ста лучших изобретений России за 2017 год.
    523