Ежегодно миллионы людей по всему миру проходят через сложную и болезненную процедуру — спинальную фузию (спондилодез). Эта операция, при которой смежные позвонки обездвиживаются и сращиваются для стабилизации позвоночника, является спасением для пациентов с тяжёлыми травмами, дегенеративными заболеваниями или сколиозом. Однако процесс восстановления после неё долог и сопряжён с неопределённостью. До сих пор врачи могли отслеживать сращение костей лишь с помощью периодических рентгеновских снимков и физических обследований — методов, которые дают запаздывающую и порой неполную картину.
Эта проблема может уйти в прошлое благодаря революционной разработке учёных из Питтсбургского университета. Исследователи с кафедр гражданского строительства и нейрохирургии представили миру первый в своем роде умный спинальный имплантат, который в режиме реального времени отслеживает процесс заживления позвоночника. Самое удивительное, что для работы ему не нужны батарейки или сложная электроника.
Алави задался вопросом: если можно мониторить мост, почему нельзя следить за «конструкцией» человеческого тела. Позвоночник, несущий нагрузку и обеспечивающий гибкость, во многом похож на инженерное сооружение. Так родилась концепция имплантата, который не только механически поддерживает позвоночник, но и становится его внутренним «диагностом».
Принцип работы устройства основан на использовании метаматериалов — искусственно созданных композитов с уникальными свойствами, не встречающимися в природе. Имплантат состоит из переплетённых проводящих и непроводящих слоев. При воздействии давления метаматериальная структура генерирует электромагнитный сигнал определённой частоты. Этот сигнал, по сути, является «отчетом» о текущем состоянии имплантата и, следовательно, о степени стабильности позвоночника. Сгенерированный сигнал улавливается небольшим электродом-приёмником, который крепится на кожу спины пациента. Оттуда данные передаются на смартфон или другое устройство и далее — в защищённое облако, доступ к которому имеет лечащий врач.
И динамика сигнала напрямую отражает биомеханический процесс. Сразу после операции позвоночник нестабилен, и микродвижения в нём относительно велики. Это приводит к интенсивному воздействию на имплантат и, как следствие, к сильному сигналу. По мере сращения позвонков и формирования костной мозоли конструкция становится всё жёстче и стабильнее. Амплитуда микродвижений снижается, и сигнал от имплантата постепенно ослабевает.
Таким образом, врач получает не просто статичную картинку, а непрерывную динамическую кривую заживления, позволяющую объективно оценить прогресс и вовремя заметить осложнения, такие как замедленное сращение или неудачная фиксация.
На сегодняшний день умные имплантаты успешно прошли лабораторные испытания "in vitro" (в контролируемых условиях вне живого организма). Следующий этап — тесты на животных моделях "in vivo". Если эти исследования подтвердят безопасность и эффективность технологии, дорога откроется для клинических испытаний с участием людей.
