Материаловеды создают импланты, сохраняющие гибкость позвоночника
1 Августа 2018

Ученые ТГУ и ИФПМ СО РАН разрабатывают керамические импланты для лечения при повреждениях позвоночника. Подобные операции необходимы людям, перенесшим тяжелую травму или страдающим дегенеративными заболеваниями позвоночника. В настоящее время им устанавливают конструкции, которые ограничивают естественную подвижность позвонков. Материаловеды решают эту проблему – создают многослойную конструкцию на основе керамики. Компьютерное моделирование позволяет варьировать ее и выбирать характеристики материала с учетом физиологических особенностей пациента.

– Преимущество керамики при эндопротезировании заключается в высокой биомеханической совместимости с человеческой костью, поскольку она включает в себя похожий набор веществ, как правило, оксидов, – говорит заведующий лабораторией медицинского материаловедения ТГУ Сергей Кульков. – Основной технической проблемой для разработчиков подобных изделий является обеспечение трехмерной подвижности позвоночника. Мы решаем эту задачу за счет строения импланта. 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.

DSC_9598 1.jpg

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, – рассказывает аспирантка ТГУ Юлия Рикун. – 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.

DSC_9544.jpg

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 имплантов из нанокерамики.