Ученые СПбПУ создали эндопротезы с каркасом для роста кости

Имплантат сделали не из цельного металла, а в виде тонкой прочной решетки. Ее жесткость можно заранее рассчитать под характеристики кости конкретного пациента, чтобы при ходьбе нагрузка распределялась естественным образом.

Пустоты в каркасе должны стать основой для формирования новой ткани. Они создают пространство, в котором стволовые клетки могут наращивать кость внутри титановой конструкции. По данным компьютерного моделирования, примерно за три месяца биологический материал способен заполнить весь искусственный каркас.

Ведущий инженер ПИШ СПбПУ Михаил Жмайло объяснил, что разработчики стремились превратить протез из пассивной опоры в активную среду для восстановления кости. По его словам, геометрия ячеек позволяет задать нужную жесткость и условия для роста ткани еще на стадии цифрового проектирования.

Обычные металлические имплантаты заметно жестче кости. Из-за этого они принимают на себя значительную часть нагрузки, а костная ткань может атрофироваться, что со временем повышает риск расшатывания конструкции.

Перед изготовлением протезов из титанового сплава специалисты проверили их цифровые модели на суперкомпьютере. Испытания охватили семь вариантов нагрузки, включая обычную ходьбу, быстрый подъем по лестнице и вставание со стула. Критических напряжений не обнаружили ни в одном сценарии.

Для бедренной кости наиболее подходящей признали решетку Diamond. При проектировании имплантатов для сложной анатомии таза лучше показала себя поверхностная структура Gyroid.

Директор ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг» и научный руководитель проекта Алексей Боровков заявил, что команда создала не отдельную конструкцию, а методику и базу знаний для разработки имплантатов с заранее прогнозируемыми свойствами. В дальнейшем ученые рассчитывают адаптировать изделия к разным участкам тела, анатомии и образу жизни пациентов.

В течение ближайших двух лет исследователи продолжат работу по гранту Российского научного фонда. За это время они планируют приспособить технологию для изготовления полимерных имплантатов позвоночника.

ТАСС