Umjetni kosti: najnoviji u 3-D tisku

Znanstvenici imaju neke zanimljive vijesti o napretku u ljudskim "rezervnim dijelovima. "

Uskoro je moguće zamijeniti oštećene ljudske kosti sintetskim, prilagođenim kostima stvorenim na 3-D pisaču.

AdvertisementAdvertisement

Ova "hiperelastična" kost će biti proizvedena s "tintom" napravljenim od prirodnog kalcija koji se nalazi u ljudskoj kosti.

U značajnom napretku prema sadašnjim metodama, znanstvenici kažu kako bi kosti prilagođene tiskanim bojama mogle brzo izazvati regeneraciju kostiju i rast.

Oglas

Aplikacije mogu uključivati popravak ozljeda kraniofacijalnog, zubnog, kralježnične i druge kosti i sportske medicine.

Znanstvenici sa Sveučilišta Northwestern objavili su svoje rezultate prošlog mjeseca u časopisu Science Translational Medicine.

AdvertisementAdvertisement

Pročitajte više: Zubari će uskoro ispisati 3-D antibakterijski zubi »

Ramille Shah, Ph.D., voditelj istraživačkog tima, docent je znanosti o materijalima i inženjerstvu na Northwesternovoj McCormick School of Engineering i docent kirurgije na Medicinskoj školi Feinberg u Northwesternu.
Shah opisuje hyperelastic kosti kao "vrlo svestran, bez faktora rasta, osteoregenerativna, skalabilna i kirurški prihvatljiva biomaterijalna. „

Znanstvenici su stvorili hiperelastičnu kost za izvođenje spinalne fuzije u štakora i popravku kosti lubanje u rhesus majmunu. Pokusi na životinjama će se nastaviti.
Shah i njezin tim vjeruju da bi ljudska ispitivanja njihove sintetičke kosti mogla započeti unutar pet godina.
AdvertisementAdvertisement

Shah, koji je na čelu Shah Tissue Engineering i Additive Manufacturing Lab u Northwesternu, izjavio je u intervjuu za Healthline da je cilj njezina tima znanstvenika i kliničara "razviti 3-D printable biomateričnu za koštano tkivo regeneracija u djece. "
Pedijatrijski bolesnici koji pate od oštećenja kostiju od traume ili rođenja mogu znatno imati koristi od ove tehnologije.
"Trenutni materijali kirurzi koji koriste za kraniofacijalne nedostatke su metalne ploče i vijci, a polimeri, ali ne i razgradivi, za lice", rekao je Shah. "Primarni način sada je uzeti komade kostiju iz pacijentovih rebra ili kukova i napraviti 'auto-graft' - oblikovati komade kako bi odgovarao prostoru nedostatka koji žele preoblikovati. Ali ova metoda može uzrokovati probleme negdje drugdje u tijelu. Auto-graftovi se koriste osobito kod djece, jer ne želite koristiti 'strano tijelo' kod pedijatrijskih bolesnika. "

Advertisement

Kirurgija implantata kosti je bolna i komplicirana za djecu, rekla je. Sakupljanje kosti za auto-graft može dovesti do drugih komplikacija i boli.Metalni implantati ponekad se koriste, ali to nije trajno rješenje za uzgoj djece.
"Odrasli imaju više mogućnosti kada su u pitanju implantati", rekao je Shah. "Pedijatrijski bolesnici ne. Ako im dajete trajni implantat, u budućnosti morate napraviti više operacija dok rastu. Mogli bi se suočiti s godinama težine. "
AdvertisementAdvertisement

Pročitajte više: 3-D lijekovi: Vaša ljekarna će sada ispisati vaš recept»
Pravi sastojci
Prirodna komponenta kostiju ključna je za uspjeh.

Glavni sastojak Shahove biomaterične tvari je hidroksiapatit, fosfat kalcija koji je glavni strukturni element (90% težine) prirodne kosti kralježnjaka.

Advertisement

Shah i njeni kolege pomiješaju 90 posto hidroksiapatit s 10 posto biokompatibilnim, biorazgradivim medicinskim polimerom u otapalu koje čini teksturu više poput tekućine nego krute tvari.
"Konzistencija je poput Elmerovog ljepila", rekao je Shah.
AdvertisementAdvertisement

Smjesa se naziva "tinta" jer se koristi u 3-D pisaču.
Jednom kada je smjesa ekstrudirana, glavno otapalo odmah ispari i učvršćuje materijal. Struktura materijala je porozna i može se koristiti na sobnoj temperaturi.
"Visoka poroznost je kritična jer stanice i krvne žile moraju prodrijeti u strukturni skelar kako bi se poboljšala integracija tkiva", pojasnila je Shah.

Osim toga, visoka koncentracija hidroksiapatit stvara okruženje koje uzrokuje brzu regeneraciju kostiju.

"[Hiperelastična kost] je dizajnirana da degradira i preoblikuje u prirodnu kost, pa stoga može rasti s pacijentom", rekao je Shah. "Time se eliminira potreba za budućim operacijama, kao što je to učinjeno metalnim pločama ili implantatima. "

Pročitajte više: Istraživači otkrivaju način ispisa ljudskog tkiva»

Svestrani proizvod

Hyperelastic kost je svestran i može se tiskati u različitim snagama.

To uključuje visoko elastične kosti, one koje mogu izdržati značajna opterećenja, kao i one koji su šuplji ili gusti. Ta mehanička svojstva određena su arhitekturom tiskanog predmeta 3-D, rekao je Shah.

Sintetska kost može se prilagoditi svakom pacijentu.

Raznolikost primjena uključuje popravke za frakture kralježnice, ozljede sportske medicine i ozljede ACL i rotatorskih prstiju koji zahtijevaju zacjeljivanje mekog tkiva do kostiju, rekao je Shah.

U kraniofacijalnim i dentalnim primjenama, a za deformacije lica, zamjenska kost može se tiskati "da savršeno odgovara simetriji i anatomiji pacijenta, posebice u slučajevima gdje postoji estetska komponenta važna za pacijentov rezultat", rekla je., "Materijal je također vrlo elastičan, a kirurzi ga mogu manipulirati", rekao je Shah. "Materijali dostupni sada su vrlo fleksibilni, a nije teško rezati i oblikovati. Kad su čuli kirurga o tome, bili su vrlo uzbuđeni. "

Pročitajte više: Živjeti s umjetnim aparatom gušterače»

Važno u glavi, operacijama lica

Osobine hiperelastične kosti osobito su važne za popravak kostiju u glavi i licu.

"U kraniofacijalnim defektima možemo stvoriti objekt koji popravlja ili pokriva grešku, omogućavajući nam održavanje simetrije lica", rekao je Shah. "Možemo ispisati nešto što je specifično za pacijenta. Materijal će proći kroz skele. To je važno, jer ako nemate krvne žile unutar nedostatka, možete imati nekrozu tkiva (smrti tkiva). Na skelama će stanice nanijeti novi koštani materijal. S trajnim implantatima, morate ih zamijeniti tijekom vremena. Ovaj novi materijal raste s pacijentom i nije invazivna. "

Antibiotici mogu biti dodani za kontrolu infekcije.

Istraživači izvode 3-D proces tiskanja na sobnoj temperaturi, što im omogućuje da tintu dodaju druge elemente, poput antibiotika.

"Možemo uključiti antibiotike kako bismo smanjili mogućnost infekcije nakon operacije", rekao je Shah. "Također možemo kombinirati tintu s različitim vrstama čimbenika rasta, ako je potrebno, kako bi se dodatno poboljšalo regeneraciju. To je zapravo višenamjenski materijal. "

Pročitajte više: Jesu li transplantati glave mogući … i etički? Kirurzi koji koriste Shahov sintetički koštani materijal mogli bi skenirati tijelo pacijenta i stvoriti personaliziranu kost za zamjenu na 3-D pisaču.

Fleksibilna mehanička svojstva biomaterijala omogućuju liječnicima da ih lako rezaju i oblikuju na veličinu tijekom kirurškog zahvata. Ne samo da je to brže, rekao je Shah, već i manje bolan u usporedbi s korištenjem materijala za auto-graft.

.

Nada se dobivanju državnih i korporativnih sredstava, a nedavno je osnovala početno poduzeće u Northwesternu kako bi istražila aplikacije za svoj rad.

Shah se raduje danu kada bi "vrijeme preuzimanja implantata specijalizirano za kupca moglo biti unutar 24 sata. To bi moglo promijeniti svijet kraniofacijalne i ortopedske kirurgije, i nadam se da će poboljšati ishode pacijenata. „