Стентирование кровеносных сосудов, особенно у детей с врожденными пороками сердца, является предметом множественных дискуссий. В основном данные импланты изготавливают из металлов. Применение такого вида стентов имеет свои ограничения, поэтому альтернативой для данных пациентов может стать применение биоразлагаемых полимерных имплантов. Однако их изготовление и применение имеет ряд сложностей и ограничений. Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Казанского федерального университета, Университета «Сириус» и Университета Лафборо (Великобритания) разработали способ аддитивного производства этих конструкций из биосовместимых полимеров. Новая технология проектирования, моделирования, 3D-печати и экспериментального исследования механических свойств позволит изготавливать более рациональные импланты для разных клинических случаев.
Статья, посвященная проектированию, моделированию и разработке режимов аддитивного производства стентов из поли-л-молочной кислоты (биодеградируемого полимера), опубликована в журнале «The International Journal of Advanced Manufacturing Technology», 2025. Часть исследований выполнена в лаборатории биожидкостей ПНИПУ при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания на выполнение фундаментальных научных исследований (проект № FSNM-2025-0001).
Сужение или полное перекрытие просвета тромбом или атеросклеротической бляшкой является основной причиной ишемического инсульта. Данная патология — одна из основных причин смерти в мире. Восстановить поступление крови помогает стентирование сосудов, когда в суженные места артерии для расширения устанавливают стент — полую гибкую сетчатую конструкцию. Это является одной из распространенных и эффективных процедур для восстановления кровотока.
В основном данные импланты изготавливают из металлов. Их применение имеет свои ограничения, поэтому в настоящее время активно изучается возможность производства и внедрения этих «устройств» именно из полимерных материалов.
Аддитивное производство (3D-печать) биоразлагаемых стентов с регулируемыми механическими свойствами является передовой технологией, которая открывает новые возможности для индивидуального проектирования биомедицинских имплантатов. Однако для реализации вышеуказанной цели необходим комплексный подход, включающий в себя применение результатов исследования материалов и конструкций из них, цифровые модели и методы 3D-печати.
Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Казани, университета «Сириус» и Великобритании разработали методику проектирования, моделирования и производства биодеградируемых стентов из поли-л-молочной кислоты.
В ходе исследования были определены скорость 3D-печати, диаметр сопла, его температура и размеры стола для оптимизации процесса. На основе испытаний на растяжение и сжатие были проанализированы механические свойства биодеградируемого полимера, а также проведено численное моделирование поведения стента из этого материала в модели трехслойной артерии.
Предложенный учеными подход может быть использован в разработке и изготовлении новых конструкций из этого материала для клинического применения.
— Металлические стенты имеют ряд ограничений, которые можно преодолеть с помощью использования разработанных нами биоразлагаемых имплантов. Одно из направлений их применения — сердечно-сосудистая хирургия детей с пороками сердца, когда существует необходимость во временном восстановлении проходимости сосуда без последующего хирургического извлечения, — объясняет заведующий лабораторией биожидкостей ПНИПУ, доктор физико-математических наук Алексей Кучумов.
Особенно важно, что разработанная учеными модель продемонстрировала хорошие результаты по равномерному раскрытию, а также обеспечила минимальное укорочение и распределение механических напряжений без чрезмерной нагрузки на сосуд. Все это позволяет эффективно восстановить просвет. Результаты подтверждают, что конструкция сильно влияет на механические характеристики.
— Особенностью технологии являются не только экспериментальные исследования и аддитивное производство, но и компьютерное моделирование раскрытия стентов для прогнозирования их поведения внутри кровеносного сосуда и расчета нагрузок на стенки артерии и бляшки. Таким образом мы можем сначала спроектировать, а затем спрогнозировать его поведение в кровеносном сосуде пациента, для дальнейшего изготовления в нашей лаборатории, — прокомментировал Александр Хайрулин, младший научный сотрудник лаборатории биожидкостей ПНИПУ.
Разрабатываемая учеными ПНИПУ отечественная технология создания, моделирования и 3D-печати персонализированных коронарных стентов из биоразлагаемых полимеров позволит подбирать и создавать более рациональные конструкции для разных клинических случаев.