В Томском политехе разработали метод изготовления искусственных кровеносных сосудов

Импортозамещение в кровообращении © stimul.online

Процесс работы установки для изготовления искусственных кровеносных сосудов, разработанной исследователями Томского политехнического университета. Источник излображения: пресс-служба ТПУ

Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) разработали уникальную установку для изготовления искусственных кровеносных сосудов. С ее помощью можно получать сосуды из отечественных полимерных материалов. О новой разработке пишет журнал об инновациях в России «Стимул». Её особенность в том, что томские кровеносные сосуды не только дешевле зарубежных аналогов за счет использования отечественного сырья, но и более точно имитируют внутреннюю организацию кровеносного сосуда, а также его поведение в организме пациента.

Это совместный проект специалистов Инженерной школы ядерных технологий, Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий, Инженерной школы новых производственных технологий Томского политеха, он реализован при поддержке федеральной программы Минобрнауки «Приоритет 2030″.

"Болезни системы кровообращения традиционно занимают первое место в структуре смертности населения России, это причина почти половины всех смертей, — рассказал „Стимулу“ руководитель проекта, научный сотрудник Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Евгений Больбасов. — По данным Национального медицинского исследовательского центра имени Алмазова, в 2020 году от болезней системы кровообращения умерло почти 945 тысяч человек. Так что проблема очень серьезная, и мы надеемся, что разработанное нами оборудование поможет уменьшить смертность. В основном искусственные сосуды на рынке сейчас американские и французские. И мы создаем отечественный материал, не уступающий импортным по своим свойствам, который позволит решить проблему обеспечения российских хирургов высококлассными доступными материалами».

Технология, разработанная исследователями ТПУ, простая, она легко масштабируется, позволяет изготавливать искусственные сосуды диаметром от 1 до 40 мм. Это дает возможность создавать не только крупные магистральные артерии, но и маленькие вены. С помощью томской установки можно изготавливать и другие имплантаты, имеющие форму трубки.

По словам инженера Научно-образовательного центра Б. П. Вейнберга ТПУ Ульяны Черновой, материалом для будущих имплантатов могут служить как биостабильные полимеры, например фторопласты, так и биорезорбируемые полиэфиры, такие как полимолочная кислота или поликапролактон. При этом установка позволяет формировать из таких полимеров сложный композит, уникальный как по химическому составу, так и по пространственной организации.

Для изготовления искусственных сосудов томские исследователи применили многоканальный электроспиннинг. Это метод создания пористых полимерных композиционных материалов из ультратонких волокон, причем в созданном композите волокна из различных полимерных материалов химически не взаимодействуют друг с другом. То есть свойства такого композита определяются количеством тех или иных волокон, а также направлением их укладки в композите. Томская установка позволяет в режиме реального времени управлять свойствами создаваемого композита, а значит, внутренней структурой и свойствами самого имплантата.

РАЗРАБОТЧИКИ ТПУ.jpg © stimul.online

Коллектив разработчиков, слева направо: инженер Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгений Мельник, инженер Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга ТПУ Егор Адамов, руководитель проекта, научный сотрудник Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Евгений Больбасов, инженер Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга ТПУ Ульяна Чернова. Источник излображения: пресс-служба ТПУ

В качестве примера Евгений Больбасов приводит простую аналогию: «Все носят джинсы. Классические джинсы сделаны из хлопка, но если добавить в хлопок эластан, то джинсы будут только подчеркивать достоинства вашей фигуры. А если к хлопку и эластану добавить волокна кевлара, то джинсы, подчеркивающие достоинства вашей фигуры, будут еще и очень устойчивы к износу и долговечны. Вот по такому принципу и действует наша установка, только волокна, из которых мы делаем наши материалы, в сотни раз тоньше человеческого волоса».

Основной метод создания искусственных сосудов сейчас — классический электроспиннинг. Он отличается довольно простой аппаратной реализацией, но его ключевой недостаток — использование только одного типа полимерных материалов, что существенно ограничивает возможности исследователей по имитации структуры искусственного сосуда. Уникальность созданной в ТПУ установки заключается в более широких возможностях.

«Если опять привести аналогию, — поясняет исследователь, — то классический электроспиннинг — это черно-белое немое кино эпохи начала кинематографа. Многоканальный электроспиннинг с независимым управлением параметрами процесса по каждому из каналов — это современный фильм в формате 4D».

Кроме того, система многоканального спиннинга позволяет получать широкий «ассортимент» имплантатов — от крупных магистральных артерий до мелких вен, от сосудов различного диаметра до искусственных желчных протоков, мочеточников, гортани, трахеи.

По словам инженера Научно-образовательного центра Б. П. Вейнберга ТПУ Егора Адамова, устройство позволяет на одном сборочном коллекторе реализовывать полный производственный цикл. Система имеет три независимых канала и 12 степеней свободы — координат перемещения и вращения изделия, которыми можно управлять отдельно по каждому из каналов. Это, в свою очередь, позволяет создавать имплантаты под индивидуальные требования.

«Проект многогранен, и неудивительно, что решение такой нетривиальной задачи потребовало вовлечения в него различных специалистов, — говорит Евгений Больбасов. — Так, коллеги из Инженерной школы ядерных технологий разрабатывали алгоритмы управления системой многоканального электроспиннинга, специалисты Инженерной школы новых производственных технологий очень помогли с выбором кинематической схемы нашей установки, сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий работали над технологией получения искусственных кровеносных сосудов».

Разработчики готовы к тиражированию системы и к поставкам этого оборудования не только в медицинские центры, но и в любые другие научно-производственные организации России, использующие метод электроспиннинга в решении своих технологических задач.

Алексей Андреев

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.