15 апреля отмечается Международный день биомедицинской лабораторной диагностики. Он учреждён Международной федерацией биомедицинских лабораторных наук (IFBLS) в 1996 году для популяризации и чествования ключевой роли этих специалистов. Биоматериаловедение давно вышло за рамки узкой научной области. Сегодня от него напрямую зависит развитие персонализированной медицины будущего — от имплантатов и систем доставки лекарств до биофабрикации живых тканей.
Доктор физико-математических наук, директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Фёдор Сенатов, рассказал о том, какие решения уже внедрены в медицинскую практику, где наука упирается в физику и биологию, а также почему для биоматериаловедения нужны инженеры нового «М-типа».
Научный подход к здоровью
Технологии проникают в ежедневную медицинскую практику при выполнении трёх условий: эффективности, воспроизводимости и масштабируемости.
С одной стороны, уже существуют решения, которые доказали свою клиническую эффективность: покрытия имплантатов, гидрогели, системы доставки лекарств. С другой — активно развивается производство и цифровые технологии, позволяющие изготавливать изделия под конкретного пациента. Цифровое моделирование, например, уже позволяет создавать индивидуальные имплантаты на основе КТ и МРТ. Такие подходы применяются в клинической практике и показывают высокую точность и предсказуемость результата.
По мере развития технологий производства и стандартизации такие решения неизбежно становятся доступнее. Речь не только про индивидуализацию формы имплантата, но еще и подбор механики и микроструктуры с учетом особенностей биомеханики ткани или органа пациента. Потому что один и тот же имплантат будет хуже или лучше интегрироваться с организмом в зависимости от пола и возраста, нагрузки, сопутствующих заболеваний и других факторов. Это означает, что через
Безопасность, масштабируемость, соответствие высоким стандартам
Современные биотехнологи создают «умные» материалы, свойства которых можно заранее программировать, меняя их под действием нагрузки, температуры или биохимической среды. В одной лишь стоматологии с 2021 по 2025 гг. рынок вырос почти вдвое: с 1,09 до 1,97 млн единиц продукции. Внедрение современных сердечно-сосудистых стентов позволило снизить смертность в
Путь от лабораторного прототипа до полноценного медицинского изделия никогда не бывает быстрым. Дело в совокупности факторов. Первый и ключевой из них — требование к безопасной и стабильной работе, то есть сохранять в организме заданные свойства в течение требуемого времени и, главное, не вызывать нежелательных реакций со стороны иммунной системы. Нам же необходимо этот процесс заранее проконтролировать от начала и до конца в лабораторных условиях.
Второй фактор — масштабируемость. Создать единичный образец относительно просто. Гораздо сложнее воспроизвести его в промышленном масштабе так, чтобы каждое изделие обладало теми же свойствами, той же внутренней структурой и тем же уровнем стерильности. На этом этапе многие перспективные разработки сталкиваются с рядом ограничений.
И, наконец, последнее требование — соответствие существующим медицинским стандартам. В области биоматериалов они значительно строже, чем в классическом материаловедении. Здесь недостаточно показать, что материал просто работает — необходимо доказать, что его эффект стабилен, воспроизводим и предсказуем на протяжении всего срока службы.
Кстати, отмечу, что совсем недавно в России был впервые принят национальный стандарт, регламентирующий область 3D-биопечати эквивалентов тканей и органов. ГОСТ Р
Что должен уметь современный биотехнолог?
Междисциплинарный специалист «М-типа» должен разбираться в основах клеточной биологии и иммунологии, понимать свойства материалов — от полимеров до нанокомпозитов, владеть такими методами анализа, как спектроскопия, микроскопия и механические испытания. Не менее важны и «гибкие» навыки. Проекты почти всегда реализуются в команде с клиницистами, инженерами и специалистами по данным, нужно уметь использовать цифровые модели и аналитические инструменты. В одиночку в этой области сегодня не работает никто.
Биотехнологу необходимо понимать механику материалов, основы биологии и особенности медицинского применения, так как именно на их пересечении рождаются нужные решения. Поэтому, например, в Университете МИСИС в рамках пилотного проекта по совершенствованию национальной системы высшего образования создана особая программа — «Биоматериаловедение», где обучение выстроено на стыке материаловедения, биологии и медицины. Второй уровень специализированного высшего образования ориентирован на конкретные научные и инженерные задачи: от нейроинженерии и тераностики до инжиниринга медицинского оборудования. Эти программы дают системное понимание современных методов исследования и учат работать в междисциплинарных командах. Таким образом, выпускаются уникальные специалисты, способные создавать перспективные материалы для сбережения здоровья миллионов людей.
