Разработки российских ученых помогут в реабилитации пациентов

Искусственные суставы из инновационного сплава

В медицинской практике для лечения пациентов с серьезными травмами опорно-двигательного аппарата активно применяются всевозможные импланты и эндопротезы, как правило, выполненные из металла и полимерных материалов, а также из керамики. Однако они имеют ряд недостатков и не всегда успешно приживаются в организме человека. Инновационные искусственные суставы из сплава углерода, бора и кремния создали ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) в кооперации с инженерами научно-производственного предприятия «МедИнж». Новые высокотехнологичные изделия по ряду параметров значительно превосходят зарубежные, а по отдельным характеристикам вовсе не имеют аналогов.

photo_2022-04-07_11-29-08.jpg

«Сплав, на основе которого создаются наши эндопротезы, обладает улучшенными характеристиками прочности и не вызывает отторжения у организма. Углерод, как и керамика, — биоинертный материал, кроме того, он сопротивляется износу гораздо лучше, чем аналоги. По нашим расчетам, у эндопротеза из такого материала гораздо меньше риск разрушения», — пояснил руководитель проекта, профессор ПГУ Александр Митрошин.

photo_2022-04-07_11-30-08.jpg

На основе углеродного сплава были изготовлены искусственные клапаны сердца и эндопротезы межпозвонковых дисков шейного отдела. Разработка ученых из ПГУ уже была успешно применена более чем в тысяче высокотехнологичных операций по замене межпозвонковых дисков. А созданные научным коллективом эндопротезы тазобедренного, локтевого и коленного суставов находятся в стадии получения регистрационных удостоверений.

Быстрое создание бионических протезов

Ускорить создание бионических протезов суставов или отдельных костей медикам поможет и разработанная в Липецком государственном техническом университете (ЛГТУ) технология быстрого прототипирования в области протезирования, имплантологии и регенеративной медицины.

Доцент ЛГТУ Игорь Пугачев и магистр Анастасия Азарина с помощью 3D-печати создали прототип человеческого позвонка, взяв за основу МРТ-снимки плоских срезов шейного отдела позвоночника. Они построили и отредактировали трехмерную конструкцию поверхностей органов пациента и изготовили каркасную матрицу позвонка. После этого из титана по выжигаемым моделям был отлит имплант сложной конфигурации, полностью повторяющий форму натурального позвонка. А разработанная технологическая схема «литья с поворотом формы» позволила полностью избавиться от усадочных дефектов.

«Наша технология позволяет существенно ускорить и удешевить изготовление имплантатов различных органов опорно-двигательной системы вообще и позвонков в частности. Применение в качестве материала для отливки титана и его сплавов делает изделие биосовместимым и гипоаллергенным. Такой имплантат может быть использован взамен поврежденного позвонка», — пояснил Игорь Пугачев.

photo_2022-04-07_11-30-39.jpg

Стоит отметить, что технология липецких ученых подходит и для регенеративной медицины. Если на каркас из биосовместимого пластика послойно наносить раствор коллагена пациента, протез приобретет требуемую толщину и форму. Затем его можно будет имплантировать в организм пациента.

Мягкий нейроимплант на 3D-принтере

Восстановить утерянные функции организма, включая двигательную активность, помогают инвазивные нейроимпланты, способные проводить электрический сигнал в спинной и головной мозг. Научный коллектив Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) применяет для этого способ гибридной 3D-печати нейропротезов NeuroPrint. Разработка позволит существенно ускорить и удешевить процесс производства таких устройств.

Технология уже показала свою эффективность в исследованиях на млекопитающих и рыбках данио-рерио: импланты демонстрируют высокий уровень биоинтеграции и функциональной стабильности, не уступая аналогам в работе с восстановлением двигательных функций конечностей и контролем функций мочевого пузыря. Результаты исследований опубликованы в престижном научном журнале Nature Biomedical Engineering.

111.jpg

Создание инвазивных нейропротезов по технологии NeuroPrint проводится в несколько этапов. Сначала в принтере из силикона создается геометрия импланта, потом на нее наносятся микрочастицы электропроводящих элементов, а в завершении поверхность изделия активизируется с помощью холодной плазмы. Количество и конфигурацию электродов можно менять, создавая нейропротезы для имплантации в ткани спинного или головного мозга, а также мышц. Весь процесс от создания проекта до получения прототипа в среднем длится около суток. Благодаря компактности оборудования и универсальности подхода в будущем изготавливать индивидуальные нейроимпланты для конкретного пациента можно будет прямо в медучреждениях.

Добавим, что с помощью NeuroPrint СПбГУ удалось напечатать мягкие имплантаты, близкие по форме и характеристикам к наружной соединительнотканной оболочке мозга. Это важное достижение, так как слишком жесткие нейропротезы, не подходящие к структуре нервной ткани, ограничивают как возможности проведения многих научных экспериментов, так и применение их в клинической практике.  

мусиенко нейропринт.png

«В опытах на парализованных животных электрическая стимуляция нейронных сетей эффективно восстанавливала двигательную функцию. Таким образом, технология NeuroPrint открывает новые возможности как для фундаментальных исследований центральной нервной системы, так и для нейропротезирования при заболеваниях и травмах», — рассказал один из авторов технологии, заведующий лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ Павел Мусиенко.

Экзокисть для реабилитации детей с ДЦП

Улучшить характеристики мышечной активности, показателей движения, репертуара бытовых навыков у маленьких пациентов с детским церебральным параличом помогает разработка ученых Крымского федерального университета (КФУ) им. В.И. Вернадского. Для реабилитации детей научный коллектив вуза создал экзоскелет кисти с внешним программным управлением и биологической обратной связью. Сегодня с комплексом работают специалисты научно-клинического центра «Технологии здоровья и реабилитации» КФУ, которые выиграли грант Российского научного фонда. 

846A5824.jpg

Ученые используют интерфейс «Мозг-Компьютер», построенный на анализе электроэнцефалограммы, и изучают моторные альфа-ритмы над зонами, которые отвечают за моторику верхних конечностей.

По словам директора центра «Технологии здоровья и реабилитации» КФУ Елены Бирюковой, проведенные исследования уже показали, что после занятий на комплексе у детей с ДЦП меняются моторные функции рук, и значительно улучшаются когнитивные функции. В этом году работа научного коллектива посвящена изучению особенностей речи у маленьких пациентов.

846A5840.jpg

«В тот момент, когда ребенок представляет движение, у него активизируются те же нейронные связи, что и в момент самого движения. У детей с ДЦП моторный паттерн не до конца сформирован, но нейронная цепь позволяет более качественно совершать движения в быту. Кроме того, происходит значительное улучшение в реабилитации моторной функции, происходит довольно сильное изменение когнитивных функций, таких как внимание, память, мышление. Также восстанавливается речь, а для наших пациентов  это важнейший параметр», — добавила Елена Бирюкова.

Читать также