Четкий штифт: российские ученые испытали на животных биопротезы будущего
Ученые завершили испытания на животных прототипов остеоинтегрируемых протезов с системой нейроуправления, предназначенных для ног. Они интегрируются в кость как зубные имплантаты. Это позволяет приблизить биомеханику движения ноги к натуральной, а также избежать нагрузки на мягкие ткани. Медицинским изделиям предстоит пройти еще долгий цикл испытаний, однако эксперты отмечают, что они существенно улучшат жизнь пациентов. Подробнее о технологии — в материале «Известий».
Остеоинтегрируемые протезы будущего
В Самарском государственном медицинском университете Минздрава России (СамГМУ) прошли первые успешные испытания прототипов остеоинтегрируемых конструкций, предназначенных для протезирования ног. Они позволяют приблизить биомеханику движения ноги к натуральной, а также избежать нагрузки на мягкие ткани, рассказали «Известиям» разработчики. Кроме того, в рамках исследования ведется работа в направлении обеспечения более естественного управления экзопротезом за счет нейромышечных сигналов.
Разработку ведет центр компетенций НТИ «Бионическая инженерия в медицине» СамГМУ совместно с разработчиком и производителем протезов, компанией «Моторика», сколковским институтом науки и технологий «Сколтех» и партнерами. В рамках испытаний проведены операции на лабораторных животных, которым установили инновационный внутрикостный имплантат. Его применение существенно снизило время операции, а также позволило полностью исключить любые движения штифта.
— Остеоинтегрируемые протезы — это сложное технологическое и медицинское решение, которое обладает большим потенциалом улучшения качества жизни пациентов. Наша цель — создать продукцию, способную удовлетворить потребности людей, столкнувшихся с ампутацией. После завершения научных исследований мы намерены приступить к внедрению данной инновационной технологии и выпуску изделий, — рассказал генеральный директор «Моторики» Андрей Давидюк.
Конструкции устанавливаются по аналогии с зубными имплантами: в кость встраивают титановый штифт с гидроксиапатитным покрытием. На этот штифт крепится экзопротез, а через него проходят электроды, которые считывают нейромышечные сигналы. В перспективе все разработки участников проекта, применяемые в комплексе, позволят вернуть человеку опороспособность ноги, по биомеханике приближенной к естественной, получать обратную связь от протеза и пользоваться более удобной системой управления, сказали ученые.
В настоящее время в качестве основного способа крепления в протезах конечностей во всем мире используются культеприемные гильзы. Несмотря на очень высокий уровень развития технологий их производства, эта технология не лишена недостатков, пояснили разработчики. Это особенно важно для ног, которые испытывают значительные нагрузки при ходьбе и других повседневных действиях. Основная нагрузка в протезах ног с культеприемными гильзами приходится на мягкие ткани, ввиду чего может нарушаться их трофика, возникают травмы кожи, пользователи могут испытывать дискомфорт. Кроме того, нарушается механика движения. Всё это ограничивает мобильность пациента.
Разрабатываемые остеоинтегрируемые протезы обеспечат более естественное распределение нагрузки, что улучшит биомеханику движений и снизит утомляемость, заверили авторы конструкции.
Технология включает модификацию поверхности имплантата для ускорения соединения с костью. Например, используются специальные покрытия, такие как гидроксиапатит или трехмерные структуры, а также другие виды постобработки титана, которые способствуют лучшему взаимодействию с костной тканью. Такие покрытия разрабатываются в центре НТИ СамГМУ.
Чем новые протезы лучше
Основными целями первого этапа исследования специалисты ставили совершенствование хирургических протоколов, выбор оптимальной модели ампутации, а также методик ведения в послеоперационном периоде.
— Команда специалистов активно работает над улучшением конструкции и дизайна имплантата, техникой оперативного вмешательства, методиками послеоперационного ухода и ведения, — рассказал директор центра компетенций НТИ «Бионическая инженерия в медицине» СамГМУ Алексей Комягин. — Для объективной оценки послеоперационного состояния и реабилитации созданы индивидуальные испытательные стенды с круглосуточным видеонаблюдением и алгоритмами анализа поведенческих особенностей и двигательной активности животных. Мы также спроектировали и изготовили иммобилизирующее устройство для ампутированной конечности, которое позволило снизить количество осложнений.
Новость об успешных испытаниях остеоинтегрируемых протезов, безусловно, хорошая. Подход специалистов достаточно инновационный и дает надежду на улучшение качества жизни пациентов. Особо интересно направление разработки системы управления протезом с помощью нейромышечных сигналов, отметил сооснователь биотех-стартап-студии Scanderm, эксперт рынка НТИ «Хелснет» Евгений Соболев. Сейчас это тренд, поэтому можно ожидать, что протезы, предложенные разработчиками, будут востребованными, сказал он.
— Конечно, им еще предстоят дополнительные исследования, испытания и не менее трудоемкий процесс выхода на рынок. Есть опасения, что стоимость такой разработки будет высокой, но это не отменяет того, что разработки в этом направлении должны вестись, ведь со временем они действительно смогут помочь многим пациентам, — отметил специалист.
Проведенные испытания — событие неординарное. Фактически можно говорить об интеграции двух направлений в протезировании — погружных имплантов и экзопротезов, отметил кандидат медицинских наук, руководитель отдела развития бизнес-проектов АНО «ЦИИТО» Александр Попов.
— До сих пор эти техники применительно к конечностям практически не использовались совместно — у каждой свои показания к применению, свои особенности установки, требующие различных знаний и навыков. Очень впечатляет набор технологий. Это результат, за которым стоят годы исследований и проектирования: материалов, модификации поверхностей изделий, специально разработанных инструментов, технических решений, собственно оперативных техник, методик реабилитации, сервиса носимых устройств, — сказал он.
Помимо очевидных преимуществ от внедрения технологии в перспективе следует ожидать снижения потребности в ревизионных операциях (повторные операции по замене ранее установленного протеза), отметил специалист.
