Кузница российских имплантов

– Руслан Зуфарович, в чем отличие наноструктурных материалов от обычных? И как их можно получить? 

– Объемные наноматериалы - это металлические материалы: титановые сплавы, алюминий, медь, в которых путем интенсивной пластической деформации создается особая наноструктура. У всех металлов структура поликристаллическая или, как ее называют, зёренная. Представляете колос пшеницы с зернами? Так выглядят кристаллические материалы под микроскопом: их размер около 50 микрон (0,05 мм). Существовали теоретические предсказания, что, если бы эти кристаллы были еще в тысячу раз меньше, материалы стали бы проявлять многие необычные свойства. Но до недавнего времени никто не мог получить ультрамелкозернистые материалы в сколь-нибудь большом количестве. Мы предложили получать наноматериалы путем воздействия на металл большим давлением и деформацией. Так, в СССР перед войной был синтезирован искусственный алмаз: брали графит и подвергали его огромному давлению. Хотя химический состав графита и алмаза одинаков, кристаллическая решетка перестраивалась, и вещество получало совершенно особые свойства. Здесь отчасти похожий принцип. 

– То есть вам это удалось практически?

– Да, в лаборатории мы это впервые показали, а потом предложили делать с помощью нашей технологии относительно большие образцы. Но переход к массовому производству остается довольно сложным. 

– И одной из основных сфер применения наноматериалов считается медицина?

– Здесь направление довольно ясное. В травматологии, ортопедии, создании медицинских инструментов используются очень немногие металлы, которые могут оказаться в теле человека без вреда для него. Титан считается наиболее перспективным материалом для изготовления инструментов, имплантов, протезов и т.д. Но он весьма мягкий. Мы показали, что нанотитан станет в разы прочнее, чем обычный, чем даже титановые сплавы, применяемые в авиации.

Создание высокопрочного материала позволяет минимизировать имплант. В стоматологии импланты в виде стерженьков традиционно имеют диаметр не менее 3,5 мм, поэтому их невозможно ставить детям, в передние зубы. Наши коллеги сделали из высокопрочного титана имплант меньшего диаметра, до 2 мм. Это дает возможность создать совершенно новые конструкции.

Наши исследования вызвали международный резонанс от Америки до Европы. В Чехии проведено более 5 тысяч операций с имплантами из нашего нанотитана, в США – сотни. Но в последние годы начались таможенные сложности, введены санкции – и контакты с зарубежными партнерами ослабли. 

– И несколько тысяч имплантов появились благодаря малому производству?

– Да. Для медицинских целей мы можем произвести, например, две тонны материала в год, из которого можно создать тысячи имплантов. И малое предприятие, если его немного расширить, может занять достойное место на российском рынке имплантов и обеспечивать регионы. Для медицины огромное производство нового материала не требуется. 

Лаборатория Руслана Валиева в СПбГУ

– По цене нанотитан отличается от обычного?

– Поскольку у нас малое предприятие, созданное на базе университета, цена примерно в два раза выше. Но для стоматологов это непринципиально: имплант очень мал, и двойное различие в цене исходного материала означает удорожание конечного продукта на несколько процентов. 

– Итак, с вашими материалами уже работали стоматологи…

– И немного российские травматологи. В нескольких университетах России сделаны опытные изделия. За рубежом – в Чехии и США – импланты поставлены уже многим пациентам, произошла апробация. Технология изготовления имплантов принадлежала зарубежным партнерам, мы предоставляли только материал. Сейчас хотим опробовать это в России с учетом того, что ситуация изменилась. До последних лет 80–90% имплантов ввозилось из-за границы. Есть и задача создания улучшенных конструкций имплантов с повышенной остеоинтеграцией. 

– Вы говорите о типовых или персонализированных конструкциях?

– Пока о типовых, но завтра поставим вопрос о персонализированных – это очевидная перспектива. Когда мы берем снимок МРТ и делаем имплант методом управляемой с компьютера механической обработки, можно задавать геометрические размеры новой конструкции. Ее проще использовать и во время операции, что скажется на заживляемости и на количестве вмешательств. 

На поверхности обычного титана образуется окисная пленка, что делает его биоинертным. Но химики СПбГУ сделали открытие: травление, химическая обработка нанотитана дает совершенно новый эффект поверхности, что важно для человеческого организма с точки зрения биомедицинских свойств. Обработка кислотами создает поверхность, благоприятную для остеоинтеграции. Сейчас разрабатываются специальные покрытия, которые обеспечивают биоактивные и антибактериальные свойства и скорейшую заживляемость. Процесс остеоинтеграции может сократиться до недели. 

– Вероятно, можно выпускать не только импланты?

– А также протезы, стержни для аппаратов Илизарова. Наши разработки подхвачены в лабораториях ряда стран. Недавно я получил письмо из Бразилии, где коллега, которому мы передавали нанотитан, завершил комплексные исследования. Он написал несколько статей, ссылается на нас и делает вывод, что нанотитан – лучший в мире материал для зубных имплантов. 

– Сейчас появляется все больше разработок в сфере медицинской 3D-печати. Может ли она стать еще одним вариантом применения нанотитана?

– Это интересная и перспективная сфера, но материалы, применяемые в аддитивных технологиях, уступают по свойствам нанотитану. Но, думаю, в будущем 3D-технологии будут скомбинированы с обработкой материала по типу нашей. 

– В какой стадии сейчас ваша разработка?

– Многие опытные изделия прошли апробацию. В основном, конечно, на образцах, но были эксперименты и invivo, и invitro на опытных имплантах. Необходимо ускорить работы в России, где наша технология создана и запатентована. Готовим документы на конкурс Российского научного фонда для развития персонифицированной медицины. 

Сотрудники лаборатории профессора Валиева

– Российский бизнес проявляет интерес?

– Очень небольшой. Бизнес заинтересован, только если получает обещания, что завтра будут готовые результаты, а послезавтра прибыль. Кажется, для бизнеса это нормально. Но я спрашивал университетских профессоров в Японии: вы разработали уникальные образцы новых материалов – когда они появятся на машинах в «Хонде» и «Тойоте»? Отвечают: в среднем через 18 лет. Все эти годы благодаря цепочке разработок, когда меньшее перерастает в большее, идут исследования и апробации. И это передовые инновационные фирмы! 

Примеров сотрудничества пока мало: еще два-три года назад наши материалы никого из российских медиков не интересовали, импланты поступали из-за рубежа. Сейчас выдвинуто требование использовать минимум 10% российских имплантов. Но на них сильная аллергия у наших… врачей. Как мне говорят профессора-медики, эти импланты сделаны не вполне качественно и часто ломаются. Производители пытаются повторить западные образцы на старых материалах, но неудачно. Если объединить силы с промышленностью, мы вместе могли бы создать конструкции нового поколения. Мы пытались работать со Сколково, но там требуют от индустриальных партнеров вступительный взнос, а у малых фирм средств недостаточно. Мы говорим о перспективной разработке, которая войдет в практику только через некоторое время, – это известная проблема внедрения инноваций, включая медицинские. Возможно, нужны специальные фонды для продвижения инновационных проектов, например при Министерстве здравоохранения.