Одной из важнейших задач реконструктивной хирургии является замещение дефектов мягких тканей, возникающих вследствие травм, приобретённых заболеваний, врожденных патологий. Сложность создания имплантов для этой цели заключается в том, что материал должен одновременно иметь схожие механические характеристики с родной биологической тканью и биосовместимую поверхность. Решить эту техническую задачу удалось учёным Томского государственного университета. Они создали сверхэластичные, гиперупругие конструкции из никелида титана и протестировали их свойства. Исследования поддержаны мегагрантом Правительства РФ.
– Необходимость в замещении, восстановлении или поддержании мягких тканей у пациентов возникают в разных ситуациях, например, у онкобольных людей после удаления злокачественных образований. Речь идёт о дефектах разных мягких тканей – кожи, мышц, стенки кровеносных сосудов, сухожилий, связок, внутренних органов, – поясняет старший научный сотрудник лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Гульшарат Байгонакова. – Одним из главных требований к имплантам такого назначения является то, что в условиях динамической физиологической среды они должны вести себя в механическом поведении подобно родным тканям, то есть деформироваться и восстанавливать свою исходную форму.
Учёным лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов удалось найти техническое решение этой задачи. В качестве материала для замены, армирования и восстановления мягких тканей они используют сплав никелида титана. Этот материал с памятью формы широко известен и используется в медицине, но его уникальные свойства и возможности изучены не полностью. Характеристики, необходимые для имплантов, учёные обеспечили за счёт новой формы, придаваемой материалу. Из сплава TiNi они изготовили проволоки толщиной 60-90 микрометров. Из проволоки на специальном станке была связана конструкция с особым способом соединения петель – металлотрикотажная сетка.
– В рамках мегагранта «Реология интерфейса сверхэластичный сплав покрытие – биологическая ткань» (руководитель Алексей Волынский) мы проводим исследования усталостных свойств проволоки и металлотрикотажа, – рассказывает заведующая лабораторией сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Екатерина Марченко. – Для создания импланта очень важно понимать, как конструкция будет деформироваться в условиях физиологических нагрузок и выдерживать многочисленные циклы деформаций. Разработка метода оценки биомеханического подобия в интерфейсе «сетчатый имплант – мягкая биоткань» и является одной из задач нашего проекта.
В ходе экспериментальных исследований была изучена выносливость конструкций – способность многократно деформироваться и полностью восстанавливать свою форму. Испытания показали механически устойчивую обратимую циклическую сверхэластичную деформацию TiNi проволоки в интервале до восьми процентов. Конструкции из сверхэластичной проволоки могут выдерживать миллионы таких циклов деформации. Для сравнения, у большинства металлических медицинских материалов максимальная обратимая деформация достигает 0,2 процента и использовать их можно только в статических условиях нагрузок.
Новые конструкции и результаты их исследования учёные представили на форуме промпартнёров PromSkills 2022, недавно прошедшем в ТГУ. Центральные темы, которые обсуждали учёные и промышленники, – медицинские технологии и материалы, радиофармпрепараты, генетические технологии и другие.
Добавим, что на третьем этапе проекта, поддержанного мегагрантом, учёные ТГУ будут оценивать совместимость имплантов с биотканями в исследованиях на клеточных культурах и с участием лабораторных животных. Наряду с этим будут проведены исследования на базе нескольких медицинских учреждений Томска.