#имплантаты

Компания Neuralink, основанная Илоном Маском, продемонстрировала новые возможности своей технологии, предназначенной для помощи людям с тяжелыми нарушениями речи. Среди них — телефонные звонки с использованием мозговых сигналов, управление ИИ-агентом Grok посредством мысленно произнесенных команд и общение без необходимости вручную активировать систему распознавания речи.

Американская компания Neuralink, работающая в области нейротехнологий, представила мозговой имплантат, который позволяет людям с параличом управлять инвалидной коляской исключительно с помощью мыслей.

Бионический глазной имплантат, способный частично вернуть зрение людям, потерявшим способность видеть, сделал важный шаг к массовому применению.

Российские ученые разработали защитное покрытие для биорезорбируемых магниевых сплавов, которое позволяет замедлить коррозию материала и существенно уменьшить образование газа при его растворении в биологической среде.

Ежегодно тысячам людей устанавливают титановые эндопротезы суставов. Успех приживления зависит от микрорельефа: идеальная шероховатость помогает костной ткани врастать в имплант, а хаотичная или слишком гладкая поверхность приводит к отторжению в 5% случаев. Для создания нужного рельефа применяют электроэрозионную обработку — с помощью искр выплавляют нужную геометрию даже на сверхпрочных сплавах. Но они бьют случайно, а чтобы предсказать форму каждой ямки, нужны сложные расчеты, которые требуют суперкомпьютеров и много времени. Поэтому производители действуют методом проб и ошибок. Ученые Пермского Политеха впервые в России разработали 3D-модель, которая с точностью 98% прогнозирует изменение поверхности импланта. Это позволяет за секунды рассчитать режим обработки и получить идеальный рельеф до запуска станка.

С каждым годом количество операций по эндопротезированию неуклонно растет. Металлические имплантаты, будучи слишком жесткими, со временем разрушают кость пациента, приводя к повторным операциям. Однако более перспективные протезы из углеродного композита накапливают при нагрузке микротрещины. Существующие методы расчета не дают врачам узнать, как это скажется на прочности всей детали, что делает неэффективным широкое внедрение таких материалов в медицину. Ученые Пермского Политеха разработали первую в мире двухуровневую компьютерную модель, способную предсказать, как микроскопические повреждения внутри угле-углеродного композита влияют на его прочность и долговечность в условиях реальной эксплуатации.

Человеческие эмбрионы до восьми недель способны полностью восстанавливать повреждения, как аксолотли. Но потом организм выключает гены, которые позволяют это делать — и наука пока не знает почему. Но она уже пытается вернуть такую возможность взрослым. И хотя масштаб задачи огромен, кое-чего ученым из России уже удалось добиться. Причем это не только имплантаты, но и биофабрикация живых тканей на замену утраченным.

Костная ткань человека обладает сложной пористой структурой, идеально адаптированной к нагрузкам. Однако при серьезных травмах она не всегда способна к регенерации, что требует замены участка имплантатом. Создать такой искусственный аналог сложно: он должен быть одновременно устойчивым к внешнему давлению, как натуральная кость, и иметь пористую структуру для прорастания клеток и сосудов. Существующие технологии не позволяют одновременно удовлетворить оба требования — традиционные методы создания простых геометрий и современное 3D-моделирование либо дают прочность без оптимальной биосовместимости, либо наоборот. В результате вживленные конструкции часто отторгаются, что ведет к повторным операциям и увеличивает сроки восстановления. Ученые Пермского Политеха разработали «цифровой конструктор» для создания скаффолдов, который позволяет одновременно управлять механическими свойствами и геометрией структур. Это обеспечивает оптимальное сочетание стойкости и совместимости с живыми тканями, необходимое для успешного приживления имплантатов и сокращения периода лечения.

Даже самые качественные имплантаты, невзирая на расположение протеза и цель его эксплуатации, вызывают ответ иммунной системы, известный как реакция на инородное тело. В результате вокруг имплантата образуется плотная капсула из соединительной ткани, развивается хроническое воспаление, а иногда — инфекции. По данным исследований, до 30% осложнений после имплантации связаны именно с этой проблемой. Чтобы избежать этого, пациентам назначают специальное лечение, «усыпляющее» иммунитет, чтобы он не реагировал на имплантат. Однако это чревато ослаблением организма и большей подверженностью вирусным заболеваниям. Ученые Пермского Политеха и Уро РАН разработали метод обработки имплантатов ионным пучком, который делает материал протеза «невидимым» для иммунитета. По результатам тестов это позволило снизить концентрацию воспалительных клеток в 5-12 раз.

Новый имплантат сетчатки, сплетенный из нанопроволок теллура, частично восстановил зрение лабораторным мышам с моделью слепоты. Протез также позволил животным воспринимать свет в ближнем инфракрасном диапазоне, открывая перспективы для улучшения зрения в условиях низкой освещенности.

Ученые НИТУ МИСИС совместно с индустриальным партнером «Остео-Сайбэр» создали первую в России производственную площадку для выпуска биорезорбируемых магниевых имплантатов для челюстно-лицевой хирургии и травматологии. Преимущество металлоконструкций в том, что их не нужно удалять из организма, через некоторое время они растворяются. Разработка полного цикла производства изделий с оптимальными свойствами и улучшенной биосовместимостью позволит сократить срок реабилитации и минимизировать риск осложнений.

С возрастом тазобедренный сустав человека изнашивается и может требовать частичной замены. В последние годы для изготовления эндопротезов активно используют углеродный композит, который, в отличие от металлического протеза, имеет более высокие характеристики биосовместимости — способности приживаться. Матрица материала состоит из кристаллитов, поэтому он неоднороден и при случайных нагрузках — толчках и беге — на нем могут появляться повреждения. Пермские ученые обнаружили, что поверхность имплантата особым образом взаимодействует с кровью: притягивает тромбоциты (клетки, отвечающие за свертывание) и белок фибриноген, который скрепляет их в плотную сеть. Это ускоряет образование кровяного сгустка вокруг искусственного сустава, что позволяет ему прочно срастаться с организмом.

По данным Минздрава России в мире каждый год проводится от 3,5 до четырех миллионов операций с использованием материалов для восстановления костей. Это второе по популярности направление после переливания крови, которое встречается в 10 раз чаще, чем пересадка других органов. В таких имплантатах используют особые наноматериалы, похожие на «губки» с мелкими дырочками. Благодаря порам они имеют огромную поверхность и уникальные свойства, которые делают их незаменимыми не только в медицине, но и экологии и химии — они отлично фильтруют воду, ускоряют химические реакции в промышленности и даже применяются для создания сверхлегких и прочных материалов. Существующая методика создания таких наноматериалов требует больших затрат, времени и электроэнергии. Ученые Пермского Политеха нашли более быстрый и дешевый способ изготовления этих структур, который не требует дополнительных реагентов и примесей.

Ученые Университета науки и технологий МИСИС усовершенствовали метод обработки сплава системы кобальт-хром-молибден для имплантатов тазобедренных суставов, штифтов, пластин и других биомедицинских изделий. Подход обеспечивает повышение прочностных характеристик материала при сохранении пластичности на стабильном уровне.

Трансплантация костной ткани занимает второе место в мире среди операций по протезированию. Один из наиболее перспективных подходов — регенеративная медицина, которая включает в себя восстановление костных тканей с использованием биоразлагаемых полимерных каркасов (скаффолдов). Такой подход особенно востребован в ортопедии, травматологии, хирургии, стоматологии и нейроонкологии. После имплантации каркасы напрямую взаимодействуют с окружающими тканями и находятся в физиологической среде, что приводит к их постепенному разложению. От особенностей структуры таких биомедицинских конструкций зависит скорость их разрушения, что необходимо учитывать для корректного процесса их эксплуатации. Ученые Пермского Политеха провели экспериментальные исследования поведения таких имплантатов при воздействии физиологических сред, чтобы повысить точность и эффективность их проектирования.

Композиционные изделия — это соединение двух и более материалов с разными свойствами, которые в сочетании образуют новый материал с лучшими качествами. Обычно их создают на основе полимера с внедрением внутрь волокон, которые повышают прочность изделия. Такие объекты широко применяют в аэрокосмической, строительной и медицинской отраслях. При производстве и эксплуатации сложных конструкций из композита в структуре накапливаются напряжения, которые со временем приводят к разрушению. Ученые ПНИПУ с помощью комбинированного метода исследовали, как деформируется конструкция в зависимости от способа укладки волокон и надреза материала. Результаты способствуют созданию качественных ответственных сооружений, например, деталей авиадвигателя и имплантов для замещения костной ткани.

Поврежденная кость нуждается в заживлении. В этом могут помочь специальные импланты — скаффолды. Они представляют собой пористый каркас для замещения и восстановления дефектов костной ткани, который имитирует ее структуру и свойства. Тем не менее, скаффолды могут разрушаться и трескаться из-за ежедневных нагрузок, которые испытывают кости, что негативно сказывается на заживлении травмы. Ученые Пермского Политеха исследовали, как образуются и распространяются трещины в скаффолдах при монотонной осевой нагрузке, и выявили наиболее устойчивую к повреждениям модель.

Павел Каралкин (Сеченовский университет), Владислав Парфенов (Научный дивизион госкорпорации «Росатом») и Егор Быковский (Naked Science, МФТИ) обсуждают, что такое имплантаты, как их разрабатывают, почему они умеют встраиваться в костную ткань, а также лечащие покрытия эндопротезов и то, какими эти технологии будут в будущем.

В последнее время при проектировании эндопротезов и имплантатов применяют углеродные композиционные материалы. Они безопасны и биологически хорошо совместимы с тканями человека. По статистике, риск возможных инфекционных осложнений после хирургического вмешательства составляет около пяти процентов, что негативно сказывается на качестве лечения. Поэтому для внедрения в клиническую практику новых композиционных материалов необходимо подобрать способ их эффективной стерилизации. При этом важно сохранить прочность материала. Ученые ПНИПУ подобрали режим радиационного обеззараживания нового углеродного материала «Углекон-МЯ», при котором достигается стопроцентное очищение имплантата от патогенных микроорганизмов, и при этом практически не снижаются прочностные характеристики материала.

Жительница штата Калифорния Анастейша Синн (Anastasia Synn), которая называет себя биохакером, вживила в тело 52 импланта и попала в Книгу рекордов Гиннесса.

Цель любого имплантата — восстановить целостность ткани или заменить утраченную. Важно, чтобы он находился в стабильном контакте с окружающими тканями и не вызывал патологических реакций. Аддитивные технологии (создание изделий слой за слоем) позволяют производить такие имплантаты для костей — скаффолды. Их задача — имитировать структуру, свойства и функции живой ткани, а также оказывать механическую поддержку для клеток. Эти требования накладывают ограничения на имплантаты: они должны обладать нужной пористостью и свойствами, аналогичными человеческой кости. Ученые ПНИПУ разработали градиентные структуры скаффолдов, предназначенные для замещения поврежденных костных тканей. Преимущество их подхода заключается в том, что он позволяет настраивать свойства скаффолда таким образом, чтобы имплантат в наибольшей степени соответствовал участку, которому требуется замена.

Исследования проводятся на стыке двух технологий: трехмерной печати и сверхкритической сушки-стерилизации. Разработанный в РХТУ принтер будет использоваться для печати имплантатов мягких и твердых тканей органов с помощью биосовместимых материалов.

Ученые из Сколтеха в соавторстве с коллегами из университета МИСИС и Санкт-Петербургского государственного морского технического университета поделились результатами нового исследования, в котором работали над проницаемостью биомиметических имплантатов.

Уральские ученые применили новый метод анализа материала для костных имплантатов. С его помощью возможно регулировать скорость растворения имплантата в зоне повреждения кости.

Исследование привело к повышению электропроводности эумеланина (природный пигмент, ответственный за потемнение кожи и волос) в миллиарды раз, что делает возможным долгожданное создание имплантируемых устройств нового поколения на его основе благодаря биосовместимости пигмента.

Новое вещество не только эффективнее существующих методов, но и значительно дешевле, так как необходимое для него сырье — наноцеллюлоза — уже производится в коммерческих масштабах.

В США ежегодно проводится около 400 тысяч процедур по увеличению груди: это число выросло примерно на треть с начала века. Ученые предупреждают, что подобные операции повышают шансы развития редкого вида лимфомы, который поражает несколько сотен женщин в год.

Американские ученые разработали технологию трехмерной печати биосовместимых микромеханизмов из гидрогелей. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Robotics.

Инженеры из Университета штата Вашингтон разработали новый способ подключения к Интернету для маломощных электронных устройств, таких как имплантаты мозга и «умные» контактные линзы.

Профессор Оксфордского университета Фриц Волрат, ставший известным благодаря изучению свойств паучьей паутины, предложил использовать ее для создания имплантатов, запуская пауков прямо внутрь человеческого тела.

Американские и немецкие биохакеры вживили себе под кожу силиконовый имплантат со светодиодами. Он включается от магнитов и способен подсвечивать татуировки. Одного имплантата хватит примерно на 10 тыс. «включений», потом его удалят хирургическим путем.

Специалисты из Италии хотят создать искусственный глаз при помощи биопечати. Протез будет установлен вместо природного глаза, а специальный имплантат свяжет его с центральной нервной системой.

Сибирские химики разработали технологию синтеза материала для создания костной ткани для производства имплантатов, которые не будут отторгаться организмом пациента.

Американский стартап создал контрацептивный микрочип, который может быть активирован и деактивирован одним нажатием кнопки.