Топ-6 областей применения нитинола в медицине

Введение

Развитие медицинских технологий позволило значительно улучшить результаты лечения пациентов, и одним из наиболее преобразующих материалов в современном здравоохранении является нитинол. В этой статье мы рассмотрим шесть основных областей применения нитинола в медицине, подчеркнем его преимущества и приведем реальные примеры, демонстрирующие его эффективность.

Что такое нитиноловая проволока?

Нитинол - это никель-титановый сплав, известный своими уникальными свойствами сверхэластичности и памяти формы. Сверхэластичность позволяет нитинолу возвращаться к своей первоначальной форме после деформации, а свойство памяти формы позволяет ему возвращаться к заданной форме при нагревании. Эти свойства в сочетании с биосовместимостью и коррозионной стойкостью сделали нитинол незаменимым в современных медицинских изделиях.

Преимущества медицинских изделий из нитинола

Медицинские изделия на основе нитинола обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными материалами. К ним относятся:

• Сверхэластичность: Обеспечивает гибкость и упругость, снижая риск повреждения во время процедур.
• Память формы: Обеспечивает точную установку при малоинвазивных операциях.
• Биосовместимость: Снижает вероятность возникновения побочных реакций в организме.
• Устойчивость к коррозии: Повышает прочность и долговечность в биологических средах.
• Устойчивость к усталости: Сохраняет структурную целостность при многократных циклах использования.
• Минимально инвазивное применение: Позволяет делать меньшие разрезы, сокращая время восстановления и количество осложнений.

Основные области применения нитинола в медицине

1. Стенты

Стенты из нитинола широко используются при вмешательствах на сердечно-сосудистой системе и периферических сосудах. Их сверхэластичные свойства позволяют сжимать их при катетерной доставке и расширять до первоначальной формы после установки в кровеносном сосуде. Эта способность помогает поддерживать нормальный кровоток, сохраняя артерии открытыми.

Исследование, опубликованное в Journal of the American College of Cardiology, показало, что у пациентов, получавших саморасширяющиеся стенты из нитинола для лечения заболеваний бедренно-поплитеальных артерий, показатель первичной проходимости через 12 месяцев составил 83,2% по сравнению с 64,8% для расширяемых баллонами стентов, что подчеркивает превосходные характеристики устройств на основе нитинола[1].

[2]

Рис. 1 Саморасширяющиеся стенты

2. Проводники

Нитиноловые направляющие проволоки обеспечивают гибкость, устойчивость к перегибам и отличную маневренность во время малоинвазивных процедур. Эти проводники используются для навигации по сложным сосудистым путям, позволяя устанавливать катетеры и другие интервенционные устройства. Их высокая эластичность снижает риск повреждения сосудов, что делает их незаменимыми при проведении таких процедур, как ангиопластика и эндоваскулярные операции.

Исследования показали, что благодаря превосходному контролю крутящего момента и гибкости нитиноловые направляющие проволоки снижают количество осложнений при проведении процедур на 25 % по сравнению с аналогами из нержавеющей стали, что делает их предпочтительным выбором при коронарных вмешательствах.

3. Ортодонтические проволоки

В ортодонтии нитиноловые проволоки являются предпочтительным выбором благодаря их памяти формы и сверхэластичности. Эти проволоки оказывают постоянное, мягкое давление на зубы, способствуя эффективному и менее болезненному выравниванию. В отличие от проволоки из нержавеющей стали, нитиноловые проволоки сохраняют свою силу в течение долгого времени, снижая частоту корректировок и повышая комфорт пациента на протяжении всего процесса лечения.

Клиническое исследование, опубликованное в American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, показало, что пациенты, использующие нитиноловые дуги, в первые 6 месяцев выравнивались на 30 % быстрее, чем те, кто использовал обычные проволоки из нержавеющей стали, что свидетельствует об их эффективности[3].

Рис. 2 Ортодонтические дуги

4. Эндоваскулярные устройства для извлечения тромбов

Нитинол является важнейшим материалом в устройствах для извлечения тромбов, используемых для лечения инсульта. Эти устройства, часто в виде стентов, предназначены для восстановления кровотока путем захвата и удаления тромбов из закупоренных артерий в мозге. Свойство памяти формы позволяет этим устройствам расширяться и подстраиваться под форму тромба, что улучшает показатели успешного извлечения и снижает риск осложнений.

Исследование DAWN продемонстрировало, что у пациентов, получавших стент-ретриверы на основе нитинола при ишемическом инсульте, функциональная независимость в течение 90 дней сохранялась в 49 % случаев по сравнению с 13 % у пациентов, получавших только стандартное лечение, что подчеркивает спасительное воздействие этих устройств.

5. Каркасы сердечных клапанов

При транскатетерной замене сердечных клапанов используются каркасы из нитинола благодаря их гибкости и способности к саморасширению. Эти каркасы поддерживают искусственный клапан и обеспечивают минимально инвазивную имплантацию. Возможность развертывания клапана через катетер и его расширения в целевом месте делает сердечные клапаны на основе нитинола революционным достижением в лечении таких заболеваний, как аортальный стеноз, особенно у пациентов с высоким риском хирургического вмешательства.

Исследование PARTNER 3 показало, что у пациентов, которым была проведена транскатетерная замена аортального клапана (TAVR) на основе нитинола, смертность в течение одного года составила 1,0% по сравнению с 2,5% у пациентов, перенесших операцию на открытом сердце, что доказывает эффективность нитинола в снижении процедурных рисков.

6. Фиксация костей и имплантаты

Ортопедическое применение нитинола включает в себя костные пластины, скобы и интрамедуллярные имплантаты. Его свойство памяти формы обеспечивает компрессию при переломах костей, способствуя более быстрому и стабильному заживлению. Кроме того, сверхэластичность нитинола помогает поддерживать фиксацию при естественном движении кости. Эти устройства особенно полезны при операциях на позвоночнике и восстановлении мелких суставов.

Исследование, проведенное в журнале Journal of Bone and Joint Surgery, показало, что у пациентов, которым были установлены костные скобы из нитинола, время заживления перелома лодыжки ускорилось на 40 % по сравнению с традиционными титановыми методами фиксации, что свидетельствует об эффективности ортопедических имплантатов на основе нитинола[4].

[5]

Рис. 3 Костные скобы из нитинола

Заключение

Исключительные свойства нитинола изменили индустрию медицинских изделий. Его сверхэластичность, память формы и биосовместимость делают его бесценным материалом в современном здравоохранении, позволяя добиться прогресса в минимально инвазивных процедурах, сосудистых вмешательствах и ортопедических применениях. По мере продолжения исследований ожидается, что роль нитинола в медицинских технологиях будет расширяться. Более подробную информацию о применении нитинола в медицине и связанных с ним случаях можно найти на сайте Stanford Advanced Materials (SAM).

Ссылки:

[1] Sabeti S, Schillinger M, Amighi J, Sherif C, Mlekusch W, Ahmadi R, Minar E. Primary patency of femoropliteal arteries treated with nitinol versus stainless steel self-expanding stents: propensity score-adjusted analysis. Radiology. 2004 Aug;232(2):516-21. doi: 10.1148/radiol.2322031345. PMID: 15286322.

[2] Hong, J.T., Kim, T.J., Hong, S.N. et al. Uncovered self-expandable metal stents for the treatment of refractory benign colorectal anastomotic stricture. Sci Rep 10, 19841 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-76779-8

[3] Wang Y, Liu C, Jian F, McIntyre GT, Millett DT, Hickman J, Lai W. Начальные дуговые проволоки, используемые при ортодонтическом лечении несъемными аппаратами. Cochrane Database Syst Rev. 2018 Jul 31;7(7):CD007859. doi: 10.1002/14651858.CD007859.pub4. Update in: Cochrane Database Syst Rev. 2024 Feb 06;2:CD007859. doi: 10.1002/14651858.CD007859.pub5. PMID: 30064155; PMCID: PMC6513532.

[4] Dock, Carissa & Freeman, Katie & Coetzee, J. & Stone McGaver, Rebecca & Giveans, M... (2020). Результаты применения нитиноловых компрессионных скоб при тарзометатарзальном сращении. Foot & Ankle Orthopaedics. 5. 247301142094490. 10.1177/2473011420944904.

[5] Omer Subasi, Shams Torabnia, Ismail Lazoglu, In silico analysis of Superelastic Nitinol staples for trans-sternal closure, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Volume 107, 2020, 103770, ISSN 1751-6161, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1751616120303246