Lonkan tekonivelleikkaus kuuluu maailman yleisimpiin ortopedisiin toimenpiteisiin.
Ongelmaksi muodostuu implanttien kuluminen: tekonivelen kanssa elävä ihminen ottaa noin kaksi miljoonaa askelta vuodessa, mikä rasittaa implanttia jatkuvasti. Moni tekonivel joudutaan vaihtamaan noin 10–15 vuoden käytön jälkeen.
Ratkaisua ongelmaan etsii Alankomaissa Leidenin yliopistollisen lääketieteellisen keskuksen ortopedian professori Amir Zadpoor tutkimusryhmineen.
Tutkijoiden tavoitteena oli löytää materiaali, joka paksuuntuu venytettäessä. Useimmat materiaalit käyttäytyvät päinvastoin ja ohenevat vedettäessä.
Tällaisia harvinaisia materiaaleja kutsutaan aukseettisiksi materiaaleiksi. Niitä käytetään nykyisin esimerkiksi suojavarusteissa, kuten kypärissä ja polvisuojissa.
Ongelma on, että tunnetut aukseettiset materiaalit ovat yleensä liian pehmeitä lonkkaimplantteihin. Implantin pitäisi olla samaan aikaan sekä joustava että erittäin jäykkä kestääkseen luun kuormituksen.
Tutkimusryhmä päätti hyödyntää tekoälyä sopivan materiaalin löytämiseksi.
Tekoälylle syötettiin halutut ominaisuudet, minkä jälkeen järjestelmä analysoi valtavan määrän erilaisia rakennevaihtoehtoja huomattavasti ihmistä nopeammin.
Lopulta tutkijat löysivät useita niin kutsuttuja metamateriaaleja, joiden mikroskooppinen rakenne mahdollistaa poikkeukselliset ominaisuudet.
Kolmen eri koneoppimismallin yhteistyöllä löytyi rakenteita, jotka voisivat soveltua lonkkaimplantteihin.
Myös TU Delftin tutkijat kehittävät tekoälyn avulla uudenlaisia implantteja monimutkaisten murtumien hoitoon.
Nykyiset metalliset levyt ja ruuvit ovat usein luuta jäykempiä, mikä voi hidastaa paranemista ja heikentää ympäröivää luuta ajan myötä.
Tutkijat kehittivät tekoälyn avulla niin kutsutun spinoidimateriaalin, jonka kennomainen rakenne muistuttaa oikeaa luukudosta.
Materiaali voidaan valmistaa 3D-tulostamalla, ja sen rakenteeseen voidaan suunnitella tilaa eläville soluille. Tämä voi auttaa implanttia kiinnittymään paremmin luuhun.
Tutkijoiden mukaan tekoäly voi tulevaisuudessa mahdollistaa täysin potilaskohtaisten implanttien suunnittelun.
ETH Zürichin biomateriaalitutkija Xiao-Hua Qin arvioi, että pehmeämmät ja kudosta paremmin jäljittelevät materiaalit voivat parantaa erityisesti murtumien varhaista paranemista.
Zadpoorin mukaan tekoäly voi myös pidentää implanttien käyttöikää merkittävästi.
Tutkijat uskovat, että ensimmäiset aidosti luuta jäljittelevät implantit voivat tulla markkinoille jo muutaman vuoden sisällä.
