ИСТИНА

Разработка фантомов человеческого мозга для подготовки нейрохирургических операций из гидрогелей является новым и актуальным направлением в мире. Фантом человеческого мозга представляет из себя копию органа с механическими и анатомическими свойствами, присущими мозгу реального человека. Фантомы являются необходимыми инструментами при обучении студентов и ординаторов медицинских вузов, для подготовки практикующих специалистов к сложным операциям, для экспериментального моделирования черепно-мозговой травмы, криминалистической экспертизы, калибровки диагностического оборудования, а также для исследований и разработок в области нейрохирургии – вживления электродов и тестирования хирургического инструмента. На сегодняшний день существует несколько способов решения данных проблем, а именно создание симуляционных моделей, тренировки специалистов на животных, кадаврах или манекенах, используя технологии виртуальной и дополнительной реальностей, а также с помощью фантомов из силикона. Однако, большинство этих методов обладают рядом недостатков, а именно отсутствием тактильных и физических ощущений при проведении тренировочных операций, дороговизной, иногда и не гуманностью метода, а также механические характеристики моделей не соответствуют реальной ткани. В данный момент для имитации мягких тканей используются синтетические материалы, такие как агароза, желатин, силиконовый гель Sylgard 527, гиалуроновая кислота и поливиниловый спирт. В качестве эталонов принимают данные механических испытаний, полученных либо для человеческих тканей кадавров, либо – для животных. Механические характеристики силиконового геля Sylgard 527 очень далеки от установленных свойств мозговой ткани человека (динамический модуль ~1250 Па для мозговой ткани человека против ~5100 Па для геля при температуре 27 оС и частоте 260 Гц), демонстрируя линейное поведение геля до 10 % деформаций, при том что мозг показывает нелинейное поведение уже после 1 % деформаций, соответственно [1]. Композитный гель на основе агарозы, альгинатов и гиалуроновой кислоты значительно превышает экспериментальные результаты на сжатие, для образцов головного мозга свиней (предел прочности на сжатие ~4000 Па для геля против ~500 Па для мозга свиньи при скорости 0.05 с-1 до 25 % деформации) [2]. С другой стороны, подтверждено, что фантомы из гидрогеля на основе агарозы и поливинилового спирта показывают схожее механическое поведение и характеристики на сжатие, сравнимые со свойствами реального мозга [3]. Агароза и поливиниловый спирт являются широко доступными и биосовместимыми материалами. Полученные фантомы позволяют практиковать позиционирование анатомических структур, а также координацию и ловкость рук и глаз, что сократит огромное количество ошибочных операций. Варьируя состав разработанного гидрогеля, можно воспроизводить и другие органы человека (печень, легкие), кроме того, такие синтетические органы могут быть использованы при проектировании протезов, и в биоимплантах.