Регенерация хряща для восстановления суставов становится реальностью

Группа исследователей в сфере биомедицинской инженерии рассказала о своих последних разработках в области создания искусственного хряща – технологии имплантируемых сенсоров и хрящевых остовов. Новейшие достижения биоинженерии могут быть полезны для многих пациентов, имеющих повреждения связок и страдающих остеоартритом – наиболее распространенной формой артрита, которой подвержены миллионы людей по всему миру. Сообщение об изобретениях появилось в обзорной статье журнала Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons, публикующего результаты исследований в области заболеваний опорно-двигательного аппарата.

Новые разработки предназначены для усовершенствования контроля за имплантируемым пациенту искусственно созданным хрящом. Одним из достижений в данной области является разработка особых сенсоров, устанавливаемых непосредственно внутрь сустава и предназначенных для точного измерения стрессовой нагрузки. Такая технология позволит лучше исследовать процесс роста хрящевого имплантата: датчики будут передавать измерения по беспроводной связи, что даст возможность пациенту, проходящему восстановительную терапию, отслеживать нагрузку на суставы в режиме реального времени. Кроме того, имея данные о нагрузке, врачи смогут порекомендовать пациентам наиболее безопасный уровень активности после операции на суставах.

«Точное измерение нагрузок внутри восстанавливающегося сустава поможет подобрать наиболее эффективные методики восстановления связок», - поясняет один из авторов публикации Джон Сживек (John Szivek), профессор кафедры ортопедической хирургии в Университете Аризоны (University of Arizona) и руководитель Ортопедической Исследовательской Лаборатории (Orthopedic Research Laboratory) в Таксоне, штат Аризона (США).

По словам ученого, работа выполнена группой профессионалов, специализирующихся именно в области биомедицинской инженерии: «Лишь небольшое число исследователей в мире может проделать подобную работу; наша лаборатория – единственная в мире, собирающая точные измерения из нативных тканей».

Исследование проводилось сотрудниками четырех лабораторий из Университета Аризоны, Политехнического Института Ренсселера в Трое (Rensselaer Polytechnic Institute in Troy), (Нью-Йорк, США), Исследовательского Института Скриппса (Scripps Research Institute, США) и Института Юлиуса Вольффа (Julius Wolff Institut) при Медицинском Благотворительном Университете Берлина (Charité University of Medicine, Германия).

«До внедрения этой технологии никто точно не знал, каковы действительные нагрузки на суставы», - поясняет Дженнифер Бартон (Jennifer Barton), глава кафедры биомедицинской инженерии (Department of Biomedical Engineering) в Университете Аризоны. По ее мнению, возможности данной системы в восстановлении хряща очень велики.

Мониторинг и запись нагрузок при различной активности пациентов позволяют сократить реабилитационный период и сделать процесс восстановления пациентов более последовательным, избегая вреда во время и после лечения.

Ученые намерены поместить датчики на небольшой компьютерный чип размером в одну треть дайма (американская монета достоинством 10 центов, диаметр которой составляет 17,9 мм). Такие датчики на чипах смогут передавать сообщения об активности пациента и записывать текущую историю различных нагрузок на восстанавливающийся сустав по беспроводной связи. Это позволит пациентам отслеживать данные о процессе восстановление с помощью специального приложения для смартфонов.

Другим достижением, которое позволит ученым лучше контролировать рост искусственно созданного хряща, является использование компьютерной томографии (КТ). Трехмерные снимки, полученные с помощью КТ, позволят создать для каждого пациента индивидуальные опорные системы (остовы), поддерживающие хрящи суставов в процессе роста ткани.

Использование трехмерного сканирования суставов для создания имплантируемого остова для поддержки роста нового хряща, так же как и имплантируемого сенсора, обеспечивающего мониторинг активности при реабилитации пациента в режиме реального времени, является значительным достижением в области биоинженерии хрящевой ткани.

По словам Бартона, новые разработки позволят вырастить у пациента хрящевой имплантат, который как никогда ранее будет похож на нативную ткань.

Структура хрящевого остова. Его внутренняя часть способствует быстрому закреплению остова и позволяет хрящу формироваться на поверхности. (фото: University of Arizona Biomedical Engineering Department/UA Orthopaedic Research Lab, Department of Orthopaedic Surgery)

По материалам University of Arizona College of Engineering

Оригинальная статья:
E. H. Ledet, D. D'Lima, P. Westerhoff, J. A. Szivek, R. A. Wachs, G. Bergmann. Implantable Sensor Technology: From Research to Clinical Practice. Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons, 2012; 20 (6): 383 DOI: 10.5435/JAAOS-20-06-383