Российские ученые разработали эндопротезы, которые помогают кости восстановиться

Специалисты Передовой инженерной школы Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали новый тип эндопротезов суставов. В отличие от традиционных металлических имплантатов, новинка имеет пористую решетчатую структуру. Она не только выдерживает высокие нагрузки, но и создает условия для роста собственной костной ткани пациента. По расчетам разработчиков, такой подход поможет сделать протезы более долговечными и приблизить их свойства к естественной кости.

Главная проблема классических эндопротезов заключается в том, что металл намного жестче костной ткани. Из-за этого имплантат принимает на себя основную нагрузку, а окружающая кость работает меньше. Со временем она может потерять плотность, что увеличивает риск расшатывания конструкции.

Команда СПбПУ предложила другое решение. Вместо сплошного металлического элемента инженеры создали сверхпрочную тонкостенную решетку из титанового сплава. Внутренние пустоты служат своеобразным каркасом, внутри которого постепенно формируется новая костная ткань. При этом геометрию каждой ячейки специалисты рассчитывают еще на этапе цифрового проектирования. Такой подход позволяет подобрать жесткость имплантата под особенности кости конкретного пациента и обеспечить более естественное распределение нагрузки во время ходьбы.

Перед изготовлением модели прошли серию виртуальных испытаний на суперкомпьютере. Специалисты проверили их работу в семи сценариях повседневной активности, включая ходьбу, подъем по лестнице и вставание со стула. Во всех случаях конструкция сохранила необходимый запас прочности. Компьютерное моделирование также показало, что примерно за три месяца костная ткань способна полностью заполнить внутренний каркас имплантата. Кроме того, исследователи определили, какие типы решетчатых структур лучше подходят для разных костей: для бедренной кости оптимальной оказалась структура Diamond, а для костей таза — Gyroid.

Авторы проекта отмечают, что главным результатом работы стала не только новая конструкция, но и методика цифрового проектирования, которая позволит создавать эндопротезы с заранее рассчитанными свойствами для разных клинических задач. В ближайшие два года ученые планируют развить технологию и адаптировать ее для разработки полимерных имплантатов позвоночника.

Фото: natalimis @123RF.com