Это поможет создавать импланты, которые прослужат дольше и реже потребуют замены.
Биопротезы аортального клапана из тканей животных — прежде всего свиного перикарда — сегодня считаются золотым стандартом лечения пороков сердца. В отличие от механических протезов, они не требуют пожизненного приёма кроворазжижающих препаратов. Но есть и минус: со временем ткань изнашивается, теряет эластичность и перестаёт плотно смыкаться. Чтобы продлить срок службы таких имплантов, производители всё чаще используют компьютерное моделирование ещё на этапе проектирования. Однако до недавнего времени не было единого мнения, как именно описать поведение живой ткани под нагрузкой.
Эту задачу решала международная команда: учёные Научно-технологического университета "Сириус", Пермского политеха и их коллеги из Южно-Африканской Республики. Они растягивали образцы свиного перикарда в двух направлениях, имитируя нагрузку работающего сердца, а затем проверили, насколько точно полученные данные описывают десять существующих математических моделей. Оказалось, что наиболее точными были две модели, которые напрямую связывают свойства материала с архитектурой распределения волокон — в двух и четырёх направлениях.
Расчёты показали: обе модели дают близкие значения основных клинических показателей. Но локальные характеристики — напряжение сдвига на поверхности створок и вихревые структуры в потоке крови — заметно различались. Модель с распределением волокон в четырёх направлениях показала самые сбалансированные результаты. Как пояснил соавтор исследования Никита Пиль, напряжение сдвига — это сила трения, с которой кровь воздействует на поверхность створок. Если оно слишком высокое или распределено неравномерно, ткань повреждается и изнашивается быстрее. В расчётах самые высокие значения возникали в моменты закрытия клапана — у краёв створок и в местах крепления к стенке аорты. То есть именно там, где в реальных биопротезах чаще всего появляются кальцификаты и повреждения.
Максимальная скорость кровотока, перепад давления и эффективная площадь отверстия клапана оказались в пределах нормы для обеих моделей. Но четырёхнаправленная показала более точный результат. По словам руководителя научной группы Алексея Кучумова, разработанная технология — существенный шаг к прогнозированию и управлению долговечностью аортального клапана. В перспективе результаты помогут создавать полимерные створки методом ротационной 3D-печати с учётом сложной архитектуры волокон, сообщает пресс-служба Научно-технологического университета "Сириус".
Работа выполнена при поддержке государственной программы научно-технологического развития федеральной территории "Сириус". Для региона, где развивают биомедицинские технологии, это не просто научная статья, а вклад в создание имплантов нового поколения. Если инженеры научатся точно предсказывать износ ещё на этапе проектирования, пациенты с пороками сердца получат протезы, которые прослужат дольше и реже потребуют повторных операций.
Читайте также
Студентов научат применять нейросети в транспортной отрасли
Учёные Сириуса ищут генный ключ к гороху
