В чем специфика применения плазменных технологий в медицине?

По результатам исследований мы пришли к выводу, что искусственный материал, который применяется для замещения функций организма, – имплантат с хорошим объемом и свойствами работает, прежде всего, своей поверхностью. Поверхность находится в контакте с тканью и на молекулярном, атомарном уровне происходит взаимодействие с клеткой. Структура покрытия должна мимикрировать и подстраиваться под структуру ткани. И здесь необходимы плазменные технологии – направление, которое обеспечивает сборку из малого в большое. Из отдельных атомов, кластеров собирается поверхность, которая обладает вполне определенной структурой, специализированной для развития клетки. Возможно, это единственная технология, позволяющая смоделировать.

Например, у нас имеется костная ткань – органическая компонента до 30−40% и неорганический матрикс гидроксиапатит, имеющий свою кристаллическую структуру и наноразмерные кристаллы. Плазменные технологии позволяют сформировать структуры геометрического размера, подобные кристаллам гидроксиапатита. Эти структуры имеют такие же геометрические параметры и обладают теми же свойствами кристалла, при которых очень хорошо начинают себя чувствовать клетки-предшественники.

Почему без плазменных технологий нельзя обойтись?

Есть несколько вариаций создания таких структур-ниш для мезенхимальных стволовых клеток. Это обеспечивает высокий уровень взаимодействия клетки с поверхностью. Дело в том, что нужна матрица, которая бы несла в себе качество кости. Мы вынуждены делать эту матрицу из гидроиксиапатита, лигировать его разными элементами, которые присутствуют в наших тканях, таким образом, чтобы встроить необходимые лигирующие элементы прямо в кристаллическую решетку гидроксиапатита. Далее нужно сделать очень тонкую пленку, которая бы модифицировала свойства имплантата, например, костного, который потом необходимо ввернуть в челюсть. Поверхность должна мимикрировать под свойства кости челюсти. Тогда этот матрикс распыляется в плазму, и эта структура транслируется через плазму, которая позволяет вырастить на поверхности тонкую пленку толщиной 500 нанометров, обладающую хорошими костными качествами и хорошо лежит, держится на поверхности имплантата.

В плазме есть электронная и ионная компоненты, которые имеют разную температуру. Электронная компонента имеет высокую температуру, а ионная – комнатную. Мы же работаем с низкотемпературной плазмой. Сегодня ее используют для ускорения зарубцовывания раны после хирургических операций. Есть соответствующие источники холодной плазмы.

Что ограничивает развитие такого специфического применения плазменных технологий?

Все зависит от наличия команды, цели и средств. Главный ограничитель – люди, инструменты, финансы. Сейчас концентрация ресурсов на этом направлении низкая. Но есть и технические проблемы, которые требуют увеличения темпа работы. Есть также масса непонятных вещей.

Мы имеем дело со сложной проблемой, которая требует и сложносоставной команды. Сейчас мы занимаемся покрытиями для кардиохирургии и понимаем, что в команде должны быть хирург, терапевт, биолог, биофизик, биохимик, физик, материаловед, инженер. Их нужно всех объединить и сделать так, чтобы они понимали друг друга. Следующее ограничение – редкие квалификации. Уже три или четыре года не могут найти станок и токаря, который мог бы сделать имплантат – винт длиной 1,5 миллиметра из наноструктурированного титана.

Мы очень ограничены в междисциплинарных контактах с момента своего образования. В ТПУ есть образовательная программа «Новые материалы и технологии в медицине, медицинской технике и стоматологии» для студентов. В ней есть отдельные курсы биомедицинского направления. Инженеров очень сложно этому учить, а медиков, которые очень просятся, мы не можем принять, потому что необходимо базовое техническое образование. Мы приближаемся друг к другу, но полноценных контактов еще нет. Они ограничиваются административно.

В чем, с Вашей точки зрения, будущее применения плазменных технологий в медицине?

Я думаю, в очень далеком будущем человек будет использовать искусственные материалы для модификации своих качеств. В ближайшем будущем хорошая перспектива есть у трех направлений применения плазменных технологий. Первое – создание новых имплантатов. Второе – создание скэффолдов – устройств, которые могли бы интегрироваться в ткань, а ткань бы переработала искусственный материал во что-то подобное ей. Третье – создание биологических чипов, которые мониторируют состояние человека. Без плазменных технологий это невозможно сделать.

Как стать лидером в области применения плазменных технологий в медицине?

Я не могу сказать, что Томск отстал в этом направлении. Мы находимся среди лидеров по уровню сложности проблем, с которым работаем, но не по темпу. Мы можем сделать что-то очень выдающееся, но в одном экземпляре. Необходимо повысить темп внедрения результатов и темп преодоления исследовательских и технических проблем.