Учёные МАИ усовершенствовали методику создания инновационных позвоночных имплантатов

Фото: Пресс-служба МАИ / Личный архив

В Московском авиационном институте усовершенствовали методику создания позвоночных имплантатов из сплавов на основе титана. Эти инновационные изделия позволяют сохранять естественную подвижность позвоночника после операций. Проект МАИ направлен на повышение надёжности, срока службы и биосовместимости этих перспективных конструкций.

Работа проводилась при поддержке ФГБУ «НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова». Индустриальными партнёрами проекта выступают крупные отечественные производители имплантируемых ортопедических медицинских изделий – АО «ЦИТО» и АО «КИМПФ».

Традиционно в современной хирургии для стабилизации позвонков пациентов с травмами, переломами и дегенеративно‑дистрофическими заболеваниями позвоночника используются специальные фиксаторы – транспедикулярные конструкции. По сути, это балки и винты из титановых, кобальтовых сплавов или нержавеющей стали, крепящиеся к позвонкам. Их недостаток состоит в чрезмерной жёсткости и особенности крепления, из-за чего позвонок практически сращивается с соседними, полностью лишаясь подвижности. Как следствие, на соседние позвонки возрастает нагрузка, что изнашивает их и приводит к дегенерации. Уже через несколько лет такому пациенту может потребоваться повторная операция. 

Разработка МАИ сосредоточена на совершенствовании нового поколения имплантатов с балками из никелида титана. Этот сплав способен запоминать форму и возвращаться к ней, а также очень хорошо пружинить. Благодаря этому конструкции становятся более гибкими и лучше адаптируются к нагрузкам. Они устанавливаются без полного сращения, что позволяет сохранять естественную подвижность позвоночника и равномерно распределять нагрузку, однако влечёт повышенный риск преждевременного износа изделия. 

– Сохранение подвижности позвонков усиливает нагрузку на компоненты конструкции, особенно на балки. Когда пациент двигается, балки совершают микроскопические перемещения в местах крепления к винтам, что может вызвать появление на них трещин. Помимо этого, конструкция функционирует в физиологической среде – тканевая жидкость, кровь. Всё это чревато преждевременным коррозионно-механическим разрушением медицинского изделия и попаданием ионов металла в окружающие ткани. Наша работа направлена на решение этой проблемы, – уточнила доцент образовательного центра института № 11 «Новые материалы и производственные технологии» МАИ Елена Лукина.

Учёные провели детальный анализ клинических результатов использования конструкций из никелида титана. На основе этого они оптимизировали состав сплава по соотношению никеля и титана, разработали технологию обработки медицинского изделия, включая создание на его поверхности специального покрытия, оптимизировали конструкции элементов крепления, а также разработали методики испытаний. Опытные образцы продемонстрировали значительно более высокую устойчивость к разрушению и, как следствие, более длительный срок службы по сравнению с аналогами в России и за рубежом. 

На данный момент проект полностью завершён. Следующим шагом станет совершенствование надёжности, долговечности и биосовместимости других ортопедических имплантатов из титановых сплавов, в частности, транспедикулярных конструкций для лечения сколиозов у детей и других заболеваний опорно-двигательного аппарата. Результаты проекта также активно внедряются в образовательный процесс МАИ в рамках программы «Передовая инженерная школа».