+7 (495) 198-00-00 Горячая линия ситуационного центра Минобрнауки
по вопросам поддержки образовательных организаций высшего образования, а также их сотрудников и обучающихся, по вопросам профилактики распространения COVID-19 перейти на сайт МОН

На поврежденную мышцу можно будет поставить «заплатку»

На поврежденную мышцу можно будет поставить «заплатку»

Ученые Института Биомедицинских систем НИУ МИЭТ предприняли попытку создать искусственную мышцу. На данном этапе в нашем университете уже разработан новый материал, который можно будет применять при операциях, требующих внедрения электропроводимых материалов, без использования драгоценных металлов.

Напомним, что сегодня искусственная мышца делается на основе электропроводящих полимеров: чтобы положить ее внутрь человека, нужно сначала нанести на нее электроды из платины, золота или палладия (или другого драгоценного металла). Это сильно увеличивает стоимость имплантата. Электрод из материала, разработанного в МИЭТе, будет дешевле на 99,9%. За биопроводность и биосовместимость без использования драгоценных металлов новая разработка МИЭТа получила свой первый патент. Второй – был выдан за хорошую реакцию на деформацию, что крайне важно при имплантации искусственного материала в мышечную ткань: имплантат должен хорошо сокращаться в гармонии с «родной» мышцей в теле человека. Все проекты по данному направлению выполняются под руководством профессоров МИЭТа В.М. Подгаецкого и С.А. Терещенко (соглашения 14.578.21.0221 от 29.09.2016 и 14.578.21.0234 от 26.09.2017).

Из чего состоит новый материал

Искусственная мышца – это электроактивный полимер, который деформируется при воздействии на него импульсами тока. Материал электродов: матрица (более 99 мас.%) из биологического материала (бычий сывороточный альбумин), взятая из живого организма, или карбоксиметилцеллюлоза с добавками коллогена и хитозана; наполнитель (менее 1 мас.%) из углеродных нанотрубок. Вариативность состава позволяет менять параметры под нужды пациента: можно сделать мышцу в виде слоя или объемного органа. Новый материал подходит также для изготовления электропроводимых нитей, на которые уже есть запросы от медиков. В биологической среде металлические нити, которые сейчас используются во врачебной практике, очень недолговечны: они постепенно растворяются в биологическом жидкости и распространяется по телу человека. Новая разработка МИЭТа имеет высокую степень биосовместимости и хорошие предпосылки быть востребованным в нейрохирургии.

Как будет работать

Рассмотрим механизм работы «Искусственной мышцы» МИЭТ на примере инфаркта миокарда, при котором часть ткани сердечной мышцы омертвляется и перестает деформироваться. На место омертвевшей ткани кладется заплатка из нового материала, а с помощью специальных электронных систем беспроводным способом к ней будет поступать сигнал, заставляющий ее «сокращаться». Тот же принцип будет работать и при имплантации в сфинктеры (пищевод, мочевой пузырь и др.): к материалу будет поступать сигнал, и он будет «знать», когда следует открыться, а когда закрыться.

Кроме применения нового материала в качестве имплантата, эффективно его использование в качестве датчика деформации (тензорезистора). Слои из этого материала 3-D принтером наносятся, допустим, на кожу руки хирурга (как перчатки), и при проведении операций роботами (например, для дистанционных операций или опасных для врачей маневрах на пациентах с ВИЧ) они синхронно и точно повторят движения рук хирурга. Врач делает маневры пальцами, а робот в точности копирует его действия.

Кстати, этот же способ применим и для работы сотрудников спецслужб: специалист может дистанционно с помощью робота и «перчаток» из нового материала обезвредить бомбу или исследовать неизвестный химический состав, не подвергая риску собственную жизнь.

Эксперименты

Кандидат физико-математических наук, доцент института БМС НИУ МИЭТ Леван Ичкитидзе говорит, что уже с мая этого года совместно с биологами Тимирязевской академии проводятся эксперименты по имплантации нового материала в организмы животных: кроликов и птиц. Кроликам материал имплантируется в ушные раковины и в хрящевую ткань, а птицам, которые считаются наиболее чувствительными к чужеродным тканям, – в мышцы бедра. «Первая серия испытаний (на сроках в 1 и 3 месяца) закончилась успешно, – отмечает Леван Ичкитидзе. – Показатели микроскопии и гистологии мы получили хорошие. Более долгосрочное, полугодовое, испытание планируем завершить в следующем году. После этого ожидаем разрешения на эксперимент с более крупным животным и только потом можно будет думать об апробации материала на человеке».

1_533_800.jpg

Леван Ичкитидзе также отметил, что предложенный новый электропроводящий композиционный наноматериал будет востребован в электронике и микроэлектронике, а особенно в бурно развивающем направлении «кожная электроника». В первом случае новый материал позволит без нагрева и других манипуляции создать проводящие дорожки и разные элементы на подложке. В последнем водная дисперсия композиционного наноматериала с помощью 3-D принтера наносится на поверхности кожи человека, и из них формируются нужные элементы и системы электроники и микроэлектроники.

Напомним, что недавно Европейская организация по искусственным органам (European Society for Artificial Organs (ESAO)) проводила в Мадриде 45-й конгресс под лозунгом «Искусственные органы для жизни». Доклады ученых МИЭТа о свойствах нового разработанного ими материала («Слои композитных наноматериалов в качестве электродов в искусственном мышце» и «Слои композитных наноматериалов как прототип тензорезисторного датчика») были признаны одними из лучших, а докладчик доцент Института биомедицинских систем Леван Павлович Ичкитидзе был удостоен высшей награды (из двух возможных).

Для справки:

В медицинской практике воспроизведение и контроль движений является важной технологической и инженерной задачей. В данный момент ведутся многочисленные исследования и разработки в области создания «искусственных мышц». Такие механизмы должны повторять действие естественных мышц: сжатие, растяжение, кручение, свободное движение в различных направлениях, подъём грузов, перемещение. Важным преимуществом приводов типа «искусственная мышца» является то, что материал меняется как целое, отсутствуют трущиеся части и соединения. Пусковым механизмом привода являются различные виды энергии – электрическая, химическая, термическая и другие. Искусственные мышцы могут входить в состав неимплантируемых медицинских приборов и имплантируемых приборов, протезов, органов.

Также вам может быть интересно МИЭТ представил свои разработки на форуме «Открытые инновации» Подзарядка для людей: найден новый способ подзаряжать имплантаты
Приемная комиссия 8 800 600-56-89 abit@miee.ru
Контакты для прессы +7 499 720-87-27 mc@miee.ru