30 жовтня, 2025
Імплантат, що сам себе живить, або Майбутнє спінальної хірургії
Інноваційна розробка в Університеті Піттсбурга (США) може докорінно змінити підхід до проведення та моніторингу операцій спінального зрощення. Міждисциплінарна команда інженерів і нейрохірургів створила перший у світі самогенерувальний імплантат, який передає дані про процес зрощення хребців у режимі реального часу без потреби в батареях або електронних компонентах. Проєкт отримав грант Національного інституту здоров’я США (NIH) і має на меті зробити післяопераційне відновлення пацієнтів безпечнішим і більш контрольованим.
Щороку лише у США майже мільйон пацієнтів проходять операцію спінального зрощення. Під час втручання між хребцями встановлюється металевий каркас із кістковим трансплантатом, що фіксується гвинтами та пластинами. Проте оцінити успішність зрощення можна лише опосередковано – за допомогою рентгену та клінічних симптомів, що потребує повторних відвідувань лікаря і підвищує променеве навантаження.
Саме тому команда під керівництвом доктора Аміра Алаві, фахівця з інтелектуальних матеріалів та керівника лабораторії Intelligent Structures and Architected Materials Research and Testing (ISMART), вирішила використати технологію, яку раніше застосовували для моніторингу мостів. У своїй попередній роботі Алаві створював сенсори, що самостійно виробляють енергію та подають сигнали при зміні навантаження на конструкцію.
Новий пристрій – це каркас, який складається із двох шарів спеціального полімеру з чергуванням провідних і непровідних ділянок. Під дією механічного тиску імплантат генерує електричний сигнал, інтенсивність якого залежить від навантаження на зону зрощення: одразу після операції сигнал сильніший, а зі зміцненням кісткової тканини він поступово зменшується.
Дані зчитуються через електрод на спині пацієнта та автоматично передаються у хмарну систему, де лікар може в реальному часі відстежувати процес остеоінтеграції, оцінювати стабільність конструкції та своєчасно реагувати в разі ускладнень.
«Жодних батарей, антен або електроніки в організмі – отже, жодних обмежень, – підкреслює Алаві. – Наш імплантат поводиться як маленький бездротовий маршрутизатор усередині тіла, живлячись від власної механічної енергії».
Завдяки використанню генеративного штучного інтелекту розробники можуть створювати індивідуальні дизайни імплантатів, які точно відповідають анатомічним особливостям конкретного пацієнта. Сканування хребта дозволяє змоделювати і надрукувати каркас із заданими параметрами жорсткості та пористості.
Надалі дослідники планують застосовувати отриману енергію не лише для моніторингу, а й для електричної стимуляції кісткового росту, що може прискорити процес регенерації. Сьогодні технологію успішно протестовано in vitro, а наступним кроком стане випробування на тваринах, після чого планується перехід до клінічних досліджень за участю людей.
Джерело: https://news.engineering.pitt.edu/pitt-engineer-and-surgeons-unveil-wireless-metamaterial-spinal-implants-that-feel-heal-and-communicate/