Протезы будут вести себя по-человечески
Сибирские ученые разработали материал для изготовления имплантатов, который придает им свойства «живой» ткани: при физиологических нагрузках они ведут себя как костная ткань человека
Мировой рынок одних лишь имплантатов для замены тазобедренного сустава в прошлом году превысил семь миллиардов долларов. В России по итогам 2019-го объем рынка изделий для травматологии и ортопедии оценивался в 21–22 млрд рублей. Ожидается, что сектор производства эндопротезов (протезов, полностью воспроизводящих работу какого-либо органа и/или части тела) будет расти со скоростью примерно 3–5% в год. Свою долю на этом рынке могут получить томские ученые, которые завершают разработку пористых сверхэластичных имплантатов.
Испекли мы позвонок
Если взять одну из самых распространенных сегодня проблем — необходимость замены травмированного позвонка, — то без установки титановой пластины, стержня или другой конструкции никуда не деться. Однако эта конструкция будет жесткой, и она всегда будет иметь одну и ту же форму.
«Традиционные материалы — титан, тантал, нержавеющая сталь — не способны под действием нагрузки деформироваться на большую величину, чем гуковская (по закону Гука) деформация 0,1 процента, с сохранением исходных размеров», — поясняет старший научный сотрудник лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы Сибирского физикотехнического института Томского госуниверситета (СФТИ ТГУ) Сергей Аникеев.
Из таких материалов делают высокопрочные спицы, штифты, пластины, чтобы под действием нагрузок в организме человека они не изменили свою форму. Устройства на их основе выполняют только конструкционное назначение. Таким образом, в организм человека, где все находится в движении, внедряется неподвижный имплантат.
«Например, при реконструкции тела поясничного позвонка необходимо восстановить поврежденный фрагмент, — поясняет Сергей Аникеев.— Для этого необходимо удалить поврежденные ткани и на их место установить пористый имплантат в виде куба, параллелепипеда, цилиндра или любой другой формы, которую смоделировал хирург. Этот имплантат за счет проницаемой структуры и биосовместимости прорастает костными тканями организма и гармонично функционирует в структуре восстановленного позвонка. Материалы же на основе никелида титана совместно деформируются с окружающими тканями организма. Они “живут” вместе с организмом».
Как поясняют разработчики, их задачей было получить такой материал для имплантатов, который был бы биосовместимым, высокопрочным, коррозионно-стойким и долговечным. Решить ее удалось с помощью добавок порошка титана к пористому порошковому сплаву на основе никелида титана. Добавки позволили регулировать коэффициент пористости и достигать при этом эластичного поведения и эффекта памяти формы. Как отмечают новаторы, эластичный пористый материал на основе TiNi способен изменять свою форму в пределах от 6 до 7%. По словам Аникеева, для создания разработанных пористых материалов использовалась технология диффузионного спекания порошкового сплава TiNi.