Создан первый автономный спинной имплантат для контроля здоровья
Исследователи из Университета Питтсбурга (США) разработали первый в мире спинальный имплантат с автономным питанием, способный в реальном времени передавать данные о заживлении прямо из организма. Результаты опубликованы в Materials Today.
Почему имплант так важен
Наша цель — сделать процесс восстановления после операции по сращению позвонков более предсказуемым и безопасным, позволяя врачам следить за состоянием позвоночника удаленно», — объясняет Агарвал, доцент кафедры нейрохирургии.
Каждый год около миллиона американцев проходят спондилодез — операцию по сращению позвонков. Традиционно врачи используют металлические каркасы, костные трансплантаты и винты, а прогресс заживления оценивают через рентген и жалобы пациента.
«Это означает, что человек должен приезжать на прием и подвергаться облучению, а постоянный контроль почти невозможен», — говорит Агарвал.
Существующие имплантаты с беспроводной связью работают от батареек и электроники, но их срок службы ограничен. Алави увидел решение в своем опыте работы с датчиками для мостов, которые автономно собирали энергию и сигнализировали о нагрузках.
«Почему бы не применить ту же концепцию к позвоночнику?» — рассуждает он.
В чем особенность устройства
Имплантат изготовлен из композитных метаматериалов с чередующимися проводящими и непроводящими слоями. Эти слои собирают энергию при механическом воздействии — от давления и движений позвоночника — и передают сигналы.
«Никаких батарей, антенн или электроники внутри тела», — подчеркивает Алави.
Технология была интегрирована в так называемые клетки (кейджи) для спондилодеза. Они не только стабилизируют позвонки, но и отслеживают процесс сращивания.
«Клетки работают почти как живые: по мере восстановления сигнал от имплантата изменяется. Если кость несет большую нагрузку, сигнал падает; сразу после операции давление усиливает его», — объясняет Алави.
Сигналы имплантата считывает электрод на спине пациента и передает данные в облако, где врачи могут отслеживать прогресс. Генеративный искусственный интеллект помогает индивидуально подбирать размер и форму кейджа под конкретного пациента: сначала сканируют позвоночник, затем печатают идеально подходящую клетку.
«Эта персонализация важна, потому что каждый позвоночник уникален. Метаматериальные кейджи обеспечивают безопасное, адаптивное восстановление и не требуют внешнего питания», — отмечает Алави.
На текущем этапе команда протестировала устройство в лабораторных условиях и подтвердила эффективность концепции. Следующий шаг, финансируемый NIH, — испытания на живых организмах животных.
«Если это сработает, мы перейдем к испытаниям на людях. Совмещение опыта врачей и инженеров помогает быстрее превратить исследования в реальные методы лечения. Мы делаем операции безопаснее, ускоряем восстановление пациентов и создаем условия для современного, технологичного здравоохранения», — заключает Агарвал
