S originálním způsobem řešení celosvětového problému opotřebení kloubů přišli výzkumníci z Ústavu strojírenské technologie Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. Jejich design a technologie nahrazuje opotřebený nebo poškozený kloub jen v nezbytně potřebném rozsahu, odstraňuje i určité vrozené vady, zachovává maximum pacientovy kostní hmoty a jako první na světě dodává kloubu potřebnou pružnost.
„Na tomto řešení jsem pracoval prakticky od roku 1997, kdy jsem byl poprvé seznámen s operací kolene v Sheffieldu ve Velké Británii. Dlouhá léta a v několika okamžicích jsem si myslel, že snad už nic nového nevymyslíme, ale finální řešení je originální a na vysoké úrovni. Zvláště poslední léta už bylo spíše potěšením pozorovat, jak se daří našemu týmu integrovat dílčí kroky pokročilého designu a technologií," říká Miroslav Píška z Ústavu strojírenské technologie FSI VUT, který na vynálezu se svým týmem pracoval.
S výrazným podnětem přišel doc. MUDr. Petr Krupa, Ph.D., špičkový český radiolog, který ukázal skvělé možnosti 3D zobrazení nejen kostry člověka, ale také všech měkkých tkání i jejich poškození, což byla prakticky hozená rukavice inženýrům. První řešení probíhala v rámci aplikací konvenčních technologií, ale jejich přínos nebo reálné aplikace se jevily spíše nereálně. „Přibližně před deseti lety se u nás zkoušely ve spolupráci s českými firmami laserové technologie 3D tisku, ale ty rovněž neskončily příliš povzbudivě," vysvětluje Katrin Bučková, spoluautorka vynálezu. „Aplikace 3D tisku z titanové slitiny ve vakuu pomocí elektronového paprsku se stala mým nosným tématem pro bakalářskou i diplomovou práci, které však byly spíše zábavou. Pestrá plejáda použitých technologií s bohatou počítačovou podporou přímo vybízela k poznání všech dílčích problémů, které tato problematika obnáší, a tak jsem mohla komunikovat s vynikajícími odborníky z 3D modelování, materiálového inženýrství i přímo specialisty v zahraničních firmách, z nich GE ARCAM ve Švédsku byl velmi nápomocný. Nakonec však rozhodly úspěšné únavové zkoušky, kdy vzorky vydržely i 13 miliónů cyklů bez porušení, což i vědci odborníci z ÚFM v Brně potvrdili, že se jedná o mimořádně kvalitní materiál," dodává studentka.
V čem toto nové řešení spočívá? Je zde řada rozdílů prakticky na každém kroku. Základní rozdíl je v tom, že design implantátu se podřizuje s vysokou přesností skutečnému kloubu pacienta, kde nahrazuje chrupavku a nekrotickou kostní tkáň a nikoliv naopak, že by se podle hotového implantátu upravoval kloub pacienta. Nový implantát je dále lehčí než stávající odlitky, výkovky nebo obrobky, a přitom je dostatečně pevný a odolný. Je vyráběn z kovového prášku metodou EBM (Electron Beam Melting), tedy tavením pomocí elektronového paprsku. „K jeho inserci není potřeba robotické ruky, jak se dříve zamýšlelo, ale je zde speciální šablona, pomocí které se implantát přesně napolohuje a zafixuje. Výztužné žebro dodává implantátu vysokou tuhost a odolnost proti poškození, třeba při pádu. A ta zmíněná elasticita se získává vtipným umístěním pružného členu – například ze silikonu – do sestavy protilehlého kusu, kde je schovaná mezi UHMWPE vložkou a kotvicí tibiální částí, takže není v přímém kontaktu s tribologickými plochami. Její mechanické vlastnosti je možno dále optimalizovat vzhledem k hmotnosti pacienta a předpokládané dynamice jeho chůze, což uleví mimo jiné i páteři," upřesňuje Píška.
O využití tohoto vynálezu má zájem několik ortopedických a veterinárních klinik, přičemž referenčním pracovištěm se patrně stane FN Brno, se kterou byly dílčí kroky řešení konzultovány.
Řešitelský tým už své řešení přihlásil k patentování a rektor VUT v Brně rozhodnul o uplatnění práva k průmyslovému vlastnictví.
Reference: PÍŠKA, M.; BUČKOVÁ, K: Kloubní implantát a způsob přípravy pro jeho usazení a šablona k jeho provádění. PV 2020-459.