Návrh a výroba implantátov – krok za krokom
Na dizajn a výrobu samotného implantátu sú potrebné vstupné CT dáta pacienta. Tieto dáta sa následne pretransformujú na referenčný model, s ktorým pracuje biomedicínsky inžinier. Modeluje podľa neho na báze platformy digitálny CAD implantát, ktorý musí spĺňať biomechanické, anatomické a estetické kritériá. V nadväznosti na výber materiálu musí spĺňať prísne kritériá biokompatibility. V súčasnosti sa 95 % implantátov vyrába z medicínskeho titánu, no v rámci výskumných aktivít sa pracuje na materiáloch ako PEEK (polyéteréterketón), PCL (polykaprolaktón), PLA-PHB (kyselina polymliečna a polyhydroxybutyrát). Po úspešnom vytvorení dizajnu implantátu sa pomocou aditívnej výroby/3D tlače vyrobí referenčný model defektu aj samotného implantátu z polyméru a nasledujú konziliárne konzultácie medicínsko-technických tímov.
Po odsúhlasení implantátu všetkými členmi interdisciplinárneho tímu sa pristúpi k výrobe z finálneho medicínskeho materiálu. Po výrobe implantátu, ktorá trvá od pár hodín po pár dní vzhľadom na rozsah, sa musí implantát opracovať kombináciou rôznych postprocesných technológií. Následne dochádza k jeho validácii a verifikácii pomocou unikátnych zariadení a rôznych softvérových aplikácií. Vytvorí sa tzv. nominálno-aktuálne porovnanie, ktoré dokáže rozpoznať nepresnosti výroby. Ak je validácia úspešná, implantát je pripravený na sterilizáciu a následný chirurgický zákrok. Životnosť titánových implantátov je dlhodobá a v mnohých prípadoch ostávajú pomôcky v tele na celý život. Výhodou vyvíjaných resorbovateľných implantátov je ich nahradenie vlastným tkanivom v priebehu liečby. Do dnešného dňa sa klinicky aplikovalo viac ako 350 personalizovaných titánových implantátov v rámci Slovenska v spolupráci najmä s UN Martin, UNLP Košice, UN Bratislava a zahraničia najmä Čiech, Španielska, Argentíny, Ukrajiny a Maďarska.
Klinicky aplikované implantáty ako výsledok výskumu a inovácií
Hrudné implantáty
Personalizovaná náhrada hrudnej kosti a priľahlých rebier. Úlohou implantátu je úprava fyziologických funkcií oblasti hrudného koša po onkologickom, prípadne traumatickom defekte. V mnohých prípadoch je implantát rozoberateľný s ohľadom na vlastnosti rebier. Ak je defektom ovplyvnené aj kĺbové spojenie s kľúčnou kosťou, náhrada pozostáva aj z dynamických prvkov, ktoré zabezpečujú potrebný rozsah pohybu.
Maxilofaciálne a sánkové implantáty
Implantáty pre oblasť tváre, čeľuste a sánky. V rámci maxilofaciálnej chirurgie sú v súčasnosti indikované najmä personalizované náhrady častí čeľuste, kondylov a sánkové náhrady. Sánkové a kondylárne implantáty sú v mnohých prípadoch dynamické a v kombinácii s polymérnym prvkom nahrádzajú fyziologické funkcie kĺbu, ktorý je nevyhnutný pre žuvacie procesy. V minulosti spoločnosť vyrobila tvárový implantát, ktorý je dodnes jedným z najväčších vo svetovom meradle a prezentujú ho významné nadnárodné spoločnosti a periodiká na svojich portáloch. Implantát pokrýva takmer 86 % tvárovej oblasti a disponuje povrchovou poréznou štruktúrou, ktorá napomáha úponu mimických svalov pacienta.
Kraniálne implantáty
Funkčné a estetické náhrady defektov na lebke. Personalizované implantáty, ktoré nahrádzajú poškodenú lebečnú oblasť najmä po úrazoch a nehodách. Implantát v mnohých prípadoch postaví ležiaceho pacienta opäť na nohy. Procesy spojené s výrobou kraniálnych implantátov sú na základe skúseností s viac ako stovkou pacientov značne automatizované. Spoločnosť však plánuje do procesov zapojiť aj moderné princípy strojového a hĺbkového učenia a rozšírenej inteligencie, ktoré využívajú databázu v minulosti vytvoreného dizajnu a proces ešte viac urýchlia.
Spinálne implantáty
Po hernii medzistavcovej platničky, prípadne iných degeneratívnych ochoreniach chrbtice je indikovaná tzv. medzistavcová klietka (cage), ktorá vypĺňa medzeru medzi telami stavcov vzniknutú po odstránení defektu platničky. Spoločnosť Biomedical Engineering prišla ako prvá s konceptom personalizovaných krčných náhrad. Tieto náhrady kopírujú anatomické pomery priľahlých stavov a zabraňujú tým posunutiu implantátu v akomkoľvek smere. Vlastný dizajn poréznej štruktúry vplýva na skorú integráciu kostného tkaniva a rýchle hojenie po operácii.
Regeneratívna medicína
V rámci strategických výskumných úloh sa inovátori venujú vývoju podporných lešení – skáfoldov na obnovu tkanív a orgánov. Resorbovateľná náhrada pri defekte dýchacej trubice bola úspešne otestovaná v rámci viacerých predklinických testov vrátane záchrany tvorov zo zvieracej ríše a je pripravená na klinické testovanie v humánnej medicíne. Prísľub v tele odbúrateľného implantátu je najmä pre pacientov s tracheostómiou a ventilovaných pacientov pri pooperačnom hojení dýchacej trubice a obnove jej fyziologických parametrov.
Poďakovanie
Táto publikácia vznikla vďaka podpore v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekty: Centrum pre pokročilé terapie chronických zápalových ochorení pohybového aparátu (CPT ZOPA), kód ITMS2014+: 313011W410, Centrum medicínskeho bioaditívneho výskumu a výroby (CEMBAM), kód ITMS2014+: 313011V358, Otvorená vedecká komunita pre moderný interdisciplinárny výskum v medicíne (OPENMED), kód ITMS2014+: 313011V455, spolufinancovaných zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja a projektu APVV-17-0278 – financovaným MŠVVaŠ
Prof. Ing. Radovan Hudák, PhD.
vedúci Katedry biomedicínskeho inžinierstva a merania
Strojnícka fakulta TU v Košiciach
Ing. Marek Schnitzer, PhD.
konateľ Biomedical Engineering, s.r.o.
Ing. Viktória Rajťúková, PhD.
Katedra Biomedicínskeho inžinierstva a merania
Strojnícka fakulta TU v Košiciach – R & D
Dr. h. c. mult. prof. Ing. Jozef Živčák, PhD., MPH
dekan Strojníckej fakulty TU v Košiciach
