В рамках технологического суверенитета учёные Научно-технологического университета «Сириус» разрабатывают технологию пациентоориентированного дизайна, моделирования и производства протезов клапана сердца для хирургического лечения аортального стеноза. Проблема аортального стеноза (патологии, при которой нарушается объём кровотока через клапан сердца) часто развивается с возрастом из-за кальцификации створок. Существующие методы, в частности, транскатетерная имплантация протеза аортального клапана имеют как ряд плюсов, так и ряд ограничений. Например, используемые клапаны чаще всего имеют стандартную, типовую конструкцию, которая не учитывает как индивидуальную анатомию пациента, так и его физико-механические свойства, что может приводить к осложнениям и повторным вмешательствам с риском для жизни пациента. Новая технология позволит изготавливать более рациональные конструкции для разных клинических случаев, что повысит эффективность лечения. Проект реализуется при поддержке федеральной территории «Сириус» в рамках госпрограммы «Наука».
Исследователи Научно-технологического университета «Сириус» работают над проектом по созданию технологии проектирования, моделирования и производства персонализированных имплантов для лечения одного из самых распространённых заболеваний сердца — аортального стеноза.
При данной патологии сужается устье аортального клапана. При этом нарушается кровоток из левого желудочка в аорту, что приводит к ряду осложнений и снижает качество жизни. С ростом продолжительности жизни в России и мире число пациентов с этим диагнозом неуклонно увеличивается, поэтому проблема становится всё более масштабной.
Одним из методов хирургического лечения является мини-инвазивная операция по транскатетерной имплантации аортального клапана (ТИАК). По сравнению со стандартной процедурой замены клапана на открытом сердце, процедура ТИАК может быть выполнена через небольшие проколы в бедренной артерии. Однако данный подход имеет ряд ограничений. Например, используемые клапаны чаще всего имеют стандартную, типовую конструкцию, которая не учитывает как индивидуальную анатомию пациента, так и его физико-механические свойства, что может приводить к осложнениям, связанными с неоптимальным расположением протеза, ухудшением его функциональных характеристик и последующими гемодинамическими нарушениями, что влечёт за собой повторные вмешательства с риском для жизни пациента.
Учёные Научно-технологического университета «Сириус» предлагают новый подход, направленный на решение этой проблемы. Специалисты Научного центра генетики и наук о жизни разрабатывают комплексную технологию, которая позволит проектировать персонифицированные стенты-каркасы аортального клапана, створчатый аппарат из биосовместимых полимерных материалов для конкретного пациента, а также рассчитывать их физико-механические характеристики с помощью математических методов и алгоритмов. Далее проводится решение связанной задачи гидродинамики и твёрдого тела для оценки гемодинамических параметров и напряжённо-деформированного состоянии аорты и протеза. После этого выбирается рациональная конструкция, которую можно изготовить в том числе и методами аддитивного производства. Последующие исследования включают как компьютерное моделирование работы разработанного протеза клапана in silico, так и испытания готового прототипа на современных экспериментальных моделях, имитирующих работу сердца in vitro.
«Особенностью технологии является не только экспериментальные исследования и аддитивное производство, но и компьютерное моделирование поведения имплантов в аорте для прогнозирования их биомеханического поведения и расчёта гемодинамических характеристик. Таким образом, мы можем сначала спроектировать имплант с учётом различных параметров на основе собственного разработанного программного обеспечения, смоделировать его поведение в фиброзном кольце пациента, а затем изготовить на опытном производстве. В рамках научного задела нашей исследовательской группы по данной тематике недавно опубликован ряд статей в ведущих зарубежных и российских журналах, в частности Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, Mechanics of Solids, Патология кровообращения и кардиохирургия. Мы надеемся, что данная технология позволит снизить число послеоперационных осложнений и повысить качество жизни пациентов», — комментирует руководитель научной группы Научного центра Генетики и наук о жизни Университета «Сириус», доктор физико-математических наук Алексей Кучумов.
Проект реализуется при поддержке федеральной территории «Сириус» в рамках госпрограммы «Наука» в партнёрстве с ведущими кардиохирургическими центрами страны: Национальным медицинским исследовательским центром им. академика Е.Н. Мешалкина и Федеральным центром сердечно-сосудистой хирургии им. С.Г. Суханова. Ожидается, что разработанная технология повысит безопасность и эффективность операций по замене аортального клапана.
Автор: Денис Новиков