Готовьтесь, не самые привлекательные фотографии и тема.

1,5 года назад пациентке выполнили увеличение молочных желез, установив круглые силиконовые импланты.

Формирование капсулы вокруг установленных в тело имплантов закономерный и физиологический процесс, так как силикон, пусть даже самый высококачественный и инертный, все же является для нашего организма инородным телом. Капсула вокруг импланта формируется всегда. В норме вокруг импланта образуется тонкая и эластичная капсула, которая совсем не ощущается пациенткой. Но при возникновении контрактуры (это такое патологическое состояние, в которое "входит" капсула импланта)) эта капсула чрезмерно утолщается, уплотняется и сокращается, становится рубцовой (фиброзной), что незамедлительно ведет к изменению контуров молочных желез. Грудь начинает терять свою форму, ее ткани постепенно становятся плотными, даже может под кожей прощупываться край импланта.

Имплатны смещаются, деформируются, так как капсула вокруг них уменьшается и становится им "мала". Возникают боли и неприятные ощущения в груди.

Выделяют 4 группы причин, влияющих на возникновение капсулярной контрактуры:

1. качество самого импланта;

2. качество проведенной операции;

3. индивидуальные особенности и склонность пациента к образованию грубых рубцов;

4. внешние факторы (травматизация, курение, интоксикации)

   Чаще всего формирование плотной рубцовой капсулы связано с комбинацией нескольких причин.

На сегодняшний момент пластические хирурги во всем мире совершенствуют свои хирургические навыки, уделяют огромное внимание соблюдению полной стерильности во время установки имплантов, профилактике возникновения контрактуры в раннем послеоперационном периоде. В настоящий момент установлено, что частота развития капсулярной контрактуры молочных желез за 5 лет снизилась с 30% до 2% (по данным Американского общества хирургов).

Челюстно-лицевые дефекты, которые возникают из-за кист, переломов и рака, нуждаются в протезировании. При этом имплант должен прижиться и не вызывать отторжения, а еще важно, чтобы он помогал образовываться новым тканевым клеткам. Для этого используют челюстные импланты с ячеистой структурой, которая способствует ускоренному прорастанию костной ткани через пустые ячейки. Решетка может иметь разный вид и размер, а выбор наиболее подходящей модели – ключевой вопрос для хирурга и пациента. Ученые Пермского Политеха, ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера и ДГТУ провели эксперимент и выяснили, какая структура имплантов лучше всего помогает быстрому образованию новой костной ткани.

Статья опубликована в журнале Mechanical Behavior of Biomedical Materials, том 106, 2024. Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 23-79-01284.

В хирургии активно используют пористые импланты на основе титана с решетчатой структурой. Диаметр ячеек в решетке бывает разным, и от него зависят скорость приживления и прочность протеза. Для выяснения наиболее подходящих размеров его структуры ученые провели эксперимент in vivo – на лабораторных животных.

С помощью технологии аддитивного производства они изготовили 3 вида имплантов с диаметром ячеек 1, 2 и 3 мм. Затем протезы имплантировались белым крысам и морским свинкам с искусственно созданными дефектами нижней челюсти. Выборка состояла из 82-х лабораторных животных. Их разделили на 3 группы: находящиеся под наблюдением 2 недели, 4 и 9 месяцев. По окончании эксперимента исследователи получали возможность изучить новообразованные ткани в ячейках импланта и степень сцепления кости с протезом.

Активное прорастание ткани обнаруживается уже через 2 недели после имплантации. Поверхность протеза покрывается утолщенной надкостницей (внешняя оболочка кости), а в ячейках появляется тонкий слой соединительной ткани, из которой в дальнейшем начнет образовываться костная. Степень сцепления новой ткани с имплантом остается слабой.

– Через 4 месяца кость начинает активнее срастаться с имплантом, в ячейках уже образуется однородная костная ткань. Причем быстрее эти процессы происходили в протезах с диаметром ячейки 3 мм: стойки и наружные участки заполнены грубоволокнистой, пластичной и соединительной тканью с крупными сосудами, – объясняет Владимир Василюк, доцент кафедры челюстно-лицевой хирургии ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера, кандидат медицинских наук.

Через 9 месяцев на импланте обнаруживается уже утолщенная надкостница. Ячейки диаметром 1 мм заросли фиброзной тканью с отдельными участками пластинчатой костной, а ячейки 2-3 мм уже полностью заполнены ею. Наблюдалось также увеличение объема костных пластинок, образование кровеносных сосудов и клеток крови. Кость настолько плотно срасталась с имплантом, что в 68% случаев отделить их друг от друга возможно было только распиливанием.

– Результаты исследования демонстрируют, что процессы формирования ткани внутри импланта начинаются уже через 2 недели после вживления, а активная фаза наступает на 4-9 месяцы. Образование новой ткани происходит быстрее в ячейках, которые имеют увеличенные размеры в 2-3 мм – так скорость приживления протеза сокращается в 3 раза (по сравнению с диаметром ячейки в 1 мм), – рассказывает Полина Килина, доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения», ведущий научный сотрудник лаборатории биожидкостей ПНИПУ, кандидат технических наук.

Совместное исследование ученых Пермского Политеха, ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера и ДГТУ позволило определить, какие структуры челюстных имплантов лучше всего помогают быстрому образованию новой костной ткани в зависимости от сложности дефекта челюсти. Например, протезы с ячейками 3 мм подходят для замещения полостей после удаления околокорневых кист, а для полных и частичных дефектов подойдут импланты с размером 2-3 мм. Результаты служат основой для перехода к клиническим испытаниям на людях.

Поврежденная кость нуждается в заживлении. В этом могут помочь специальные импланты – скаффолды. Они представляют собой пористый каркас для замещения и восстановления дефектов костной ткани, который имитирует ее структуру и свойства. Тем не менее, скаффолды могут разрушаться и трескаться из-за ежедневных нагрузок, которые испытывают кости, что негативно сказывается на заживлении травмы. Ученые Пермского Политеха исследовали, как образуются и распространяются трещины в скаффолдах при монотонной осевой нагрузке, и выявили наиболее устойчивую к повреждениям модель.

Исследование опубликовано в журнале Medical Engineering & Physics, том 132, 2024. Исследование выполнено в рамках программы Мегагрантов, контракт №075-15-2021-578 от 31 мая 2021 года и научно-исследовательского проекта №FSNM-2023-0003.

На протяжении человеческой жизни кости и их импланты испытывают различные нагрузки. Речь идет не только про физическую активность – даже в статичном вертикальном положении они подвергаются давлению. Например, на бедренную кость сверху действует сила тяжести веса головы и рук, а снизу, в коленном суставе, действует сила опоры.

Под действием постоянных нагрузок существует риск повреждения имплантированного скаффолда. Это приводит к ухудшению его способности поддерживать рост костной ткани и может стать причиной инфекций и воспаления из-за нарушения целостности каркаса, поэтому импланты должны быть устойчивы к нагрузкам.

Различные структуры скаффолдов по-разному реагируют на разрушающие воздействия. Ученые Пермского Политеха исследовали процессы образования трещин при растягивающих (например, поднятие тяжестей с вытянутыми руками) и сжимающих (например, вес тела) нагрузках на скаффолды разного строения.

Ученые рассмотрели четыре вид костных имплантов с разными типами структуры. Они представляют собой поверхности, которые охватывают необходимую площадь, не заполняя ее целиком и оставляя пустые пространства – поры. Скаффолды выглядят как сложная сеть повторяющихся элементов. Каждая модель отличается направлением этого узора.

Растягивающую и сжимающую нагрузку для каждого образца импланта моделировали внутри специального ПО, которое воссоздает условия реального эксперимента с ростом трещин по произвольным путям. Политехники разработали алгоритм, позволяющий выделить зоны потенциального роста трещин.

– Мы проанализировали модели различных типов структур скаффолдов, созданных на основе наиболее часто используемых ячеек, и выяснили, что при прочих равных геометрических характеристиках процесс разрушения сильно зависит от строения пористой структуры, – рассказывает Михаил Ташкинов, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

Также оказалось, что чем больше жесткость изделия, тем вероятнее возникновение трещин и тем раньше структура разрушается при растяжении.

– На основе методов численного моделирования разрушения и  распространения трещин можно выбрать структуру скаффолда, которая будет наиболее эффективна с точки зрения механического отклика при заданных нагрузках, – комментирует Александр Шалимов, старший преподаватель, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.

Исследование ученых ПНИПУ позволит при проектировании скаффолдов учитывать их микроструктуру, чтобы минимизировать риск повреждения при различных физических нагрузках. Понимание механизмов разрушения имплантов – это возможность  в будущем разрабатывать новые более эффективные и прочные искусственные заменителей костей.

Автор: @Theleia_