Ученые Томского госуниверситета и ИФПМ СО РАН разрабатывают керамические импланты для лечения при повреждениях позвоночника. Материаловеды решают проблему ограничения естественной подвижности позвонков, создавая многослойную конструкцию на основе керамики, сообщает пресс-служба вуза. Преимущество такой инновационной керамики при эндопротезировании заключается в высокой биомеханической совместимости с человеческой костью, поскольку она включает в себя похожий набор веществ, как правило, оксидов. Основной технической проблемой для разработчиков подобных изделий является обеспечение трехмерной подвижности позвоночника. Мы решаем эту задачу за счет строения импланта.
Профессор С.Н.Кульков, руководитель лаборатории наноструктурных функциональных материалов ИФПМ СО РАН
Один из его слоев аналогичен хрящевой ткани, благодаря чему за счет специальной конструкции разработанного межпозвонкового диска сохраняется подвижность позвонков, а вместе с тем и свобода действий пациента», — говорит заведующий лабораторией медицинского материаловедения ТГУ Сергей Кульков.
Насколько успешно будет функционировать позвоночник после операции, зависит от анатомического соответствия импланта утраченным костным фрагментам и его характеристик. Неправильный подбор материалов и дизайна конструкции могут привести к локальному разрушению костной ткани и функционирования позвоночника в целом. Подобрать индивидуально нужные параметры помогает компьютерное моделирование.
«Использование компьютерных моделей дает глубокое понимание закономерностей функционирования позвоночника в норме и при патологиях. Наличие лордоза и кифоза обеспечивает разную высоту межпозвонкового пространства, занимаемую межпозвоночным диском, спереди и сзади. Алгоритм позволяет автоматически перестроить форму и размер протеза в зависимости от особенностей позвонков разных частей позвоночника конкретного человека», — рассказывает аспирантка ТГУ Юлия Рикун.
Наряду с этим, построение компьютерных моделей помогает преодолевать такую сложность, как концентрации напряжения. Это явление возникает в зоне контакта деталей конструкции диска. Выяснив такие места локализации напряжений, ученые могут подобрать необходимые свойства материала, повысив прочность участков с высокой нагрузкой, а затем предложить остеоимпланты хирургам для лечения пациентов с серьезными патологиями позвоночника.
Добавим, что керамика, разработанная ТГУ и ИФПМ СО РАН, уже применяется в регенеративной медицине. В 2017 году на базе НИИ онкологии Томского НИМЦ была проведена первая в России операция по закрытию дефектов костных тканей лица остеоимплантом, изготовленным в лаборатории медицинских материалов ТГУ. В настоящее время проведено пять успешных операций. Ученые НИИ онкологии под руководством директора ТНИМЦ, академика Евгения Чойнзонова проводят исследования по этой тематике. Результатом станут рекомендации, которые помогут другим клиникам внедрять новую медицинскую технологию реабилитации онкобольных с использованием имплантатов из нанокерамики.
В настоящее время материаловеды занимаются разработкой прямого способа печати имплантов нового поколения. Он подразумевает устранение стадии изготовления прототипа, что позволит изготавливать объект за один этап.
Помимо этого, в соответствии с пожеланием врачей ученые модифицируют структуру материала. Сейчас нанокерамика, из которой состоят импланты, имеет поры размером 20-30 микрон. Исследователи разработают новый подход, который позволит при спекании получать бимодальную структуру с порами двух размеров — 30 и 300 микрон. Это максимально приблизит импланты к природной кости и улучшит их прорастаемость «родной» тканью пациента. Исследователям предстоит решить непростую техническую задачу — сделать так, чтобы наличие больших пустых полостей не ухудшило его функциональные характеристики, в первую очередь — его прочность. Еще одним шагом к минимизации потенциальных рисков, связанных с отторжением протеза, станет модификация поверхности материала, причем, не только снаружи, но и внутри пор.
Ученые стараются улучшить процесс производства, чтобы импланты были доступны большему количеству людей. В реконструктивных операциях нуждаются десятки тысяч пациентов страны. Протезы из нанокерамики могли бы вернуть их к нормальной жизни.
Первую для России операцию по закрытию дефекта лица с помощью такого протеза провели 26-летней пациентке из Тывы. В марте 2018-го девушка прошла контрольное обследование, результаты которого показали: организм принял имплант как родной, теперь он органично сосуществует с «живыми» тканями пациентки. Также в марте онкологи провели четвертую подобную операцию. С помощью конструкции, изготовленной в лаборатории ТГУ, врачи устранили дефект лица, который образовался у 43-летней женщины после хирургического лечения рака носа.
По словам Сергея Кулькова, в перспективе их техническим внедрением будет заниматься сетевой центр реконструкции дефектов черепно-лицевой области, созданный в 2016 году по инициативе ТГУ и ИФПМ СО РАН.
Источник: https://obzor.westsib.ru/
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
