Искусственные кости: последние в трехмерной печати

У ученых есть интересные новости о достижениях в человеческих «запасных частях». «

Вскоре возможно заменить поврежденные человеческие кости синтетическими, настроенными костями, созданными на трехмерном принтере.

РекламаРеклама

Эта «гиперэластичная» кость будет производиться с помощью «чернил», сделанных из натурального кальция, обнаруженного в костной ткани человека.

При значительном продвижении по современным методам ученые говорят, что кости, изготовленные на заказ, могут быстро вызвать регенерацию и рост костей.

Это может сделать медицинские процедуры более эффективными, менее болезненными и более продолжительными.

Реклама

Приложения могут включать в себя ремонт черепно-лицевых, зубных, спинальных и других травм кости и спортивной медицины.

Ученые Северо-западного университета опубликовали свои результаты в прошлом месяце в журнале Science Translational Medicine.

РекламаРеклама

Подробнее: Стоматологи скоро напечатают трехмерные антибактериальные зубы »

Помощь детям

Рамиль Шах, доктор философии, возглавлявший исследовательскую группу, является доцентом по материаловедению и технике в инженерной школе Маккормика в Северо-западном штате и доцентом хирургии в Медицинской школе Фейнберга в Северо-западном регионе.

Шах описывает гиперэластичную кость как «очень универсальный, без фактора роста, остеогенерирующий, масштабируемый и хирургически дружественный биоматериал. «

Ученые создали гиперэластичную кость для выполнения спинального слияния у крысы и для исправления дефекта черепа у обезьяны-резуса. Испытания на животных продолжатся.

Шах и ее команда считают, что человеческие испытания их синтетической кости могут начаться в течение пяти лет.

РекламаРеклама

Шах, возглавляющий лабораторию инженеров по производству тканей и аддитивной промышленности на северо-западе Шаха, сказал в интервью Healthline, что целью ее команды ученых и клиницистов было «разработать трехмерный печатный биоматериал для костной ткани регенерация у детей. «

Педиатрические пациенты, страдающие от дефектов костей от травмы или рождения, могут значительно выиграть от этой технологии.

«Нынешние материалы, использующие хирургические аппараты для черепно-лицевых дефектов, - металлические пластины и винты, а также полимеры, но не разлагаемые, для лицевой работы», - сказал Шах. «Основной путь теперь - взять кусочки кости из ребер или бедер пациента и сделать« авто-трансплантат »- сформировать фигуры, чтобы они соответствовали дефекту, которое они хотят изменить. Но этот метод может вызвать проблемы в других местах тела. Авто-трансплантаты используются особенно с детьми, потому что вы не хотите использовать «инородные тела» у педиатрических пациентов. «

Реклама

Операция имплантации кости болезненна и сложна для детей, сказала она. Сбор костей для автографа может привести к другим осложнениям и боли.Иногда используются металлические имплантаты, но это не постоянное решение для роста детей.

«У взрослых больше вариантов, когда речь заходит о имплантатах», - сказал Шах. «Педиатрических пациентов нет. Если вы дадите им постоянный имплантат, вам придется делать больше операций в будущем по мере их роста. Они могут столкнуться с трудностями. «

РекламаРеклама

Подробнее: 3-D препараты: Ваша аптека теперь будет печатать ваш рецепт»

Правильные ингредиенты

Природный костный компонент имеет решающее значение для успеха.

Основным компонентом биоматериала шаха является гидроксиапатит, фосфат кальция, который является главным структурным элементом (90 процентов по массе) естественной кости позвоночных.

Реклама

Шах и ее коллеги смешивают 90% гидроксиапатита с 10% биосовместимым биоразлагаемым медицинским полимером в растворителе, что делает текстуру более похожей на жидкость, чем твердую.

«Консистенция подобна клею Элмера», - сказал Шах.

РекламаРеклама

Смесь называется «чернила», потому что она используется в трехмерном принтере.

После экструзии смеси основной растворитель немедленно испаряется и затвердевает материал. Структура материала пористая и может быть использована при комнатной температуре.

«Высокая пористость важна, потому что клетки и кровеносные сосуды должны проникать в структурные леса, чтобы улучшить интеграцию тканей», пояснил Шах.

Кроме того, высокая концентрация гидроксиапатита создает среду, которая вызывает быструю регенерацию кости.

«[гиперэластичная кость] предназначена для деградации и ремоделирования в естественную кость, и поэтому может расти вместе с пациентом», - сказал Шах. «Это устраняет необходимость в будущих операциях, как это делают с металлическими пластинами или имплантатами. «

Подробнее: Исследователи обнаруживают способ распечатки человеческой ткани»

Универсальный продукт

Гиперэластичная кость универсальна и может быть напечатана с различной силой.

Это включает в себя высокоэластичные кости, которые могут выдерживать значительные нагрузки, а также более полые или плотные. Эти механические свойства определяются архитектурой трехмерного печатного объекта, сказал Шах.

Синтетическая кость может быть настроена для каждого пациента.

Разнообразие применений включает в себя ремонт переломов позвоночника, травмы спортивной медицины, а также повреждения ACL и ротационной манжеты, которые требуют заживления мягких тканей в кости, сказал Шах.

При черепно-лицевых и стоматологических применениях, а также для деформаций лица заменяемая кость может быть напечатана «идеально подогнать симметрию и анатомию пациента, особенно в тех случаях, когда существует эстетический компонент, важный для результата пациента», - сказала она, «Материал тоже очень эластичный, и хирурги могут манипулировать им», - сказал Шах. «Имеющиеся в настоящее время материалы очень гибкие и не трудно режутся и формуют. Когда об этом слышали хирурги, они были очень взволнованы. «

Подробнее: Жизнь с искусственной машиной поджелудочной железы»

Важные в голове, операции на лице

Свойства гиперэластичной кости особенно важны для восстановления костей головы и лица.

«При черепно-лицевых дефектах мы можем создать объект, который исправляет или покрывает дефект, позволяя нам поддерживать симметрию лица», - сказал Шах. «Мы можем напечатать что-то, что зависит от пациента. Материал будет проходить через эшафот. Это важно, потому что, если у вас нет кровеносных сосудов в пределах дефекта, у вас может быть некроз ткани [смерть ткани]. В эшафоте клетки будут наносить новый костный материал. При использовании постоянных имплантатов вы должны их заменять с течением времени. Этот новый материал растет с пациентом и неинвазивна. «

Антибиотики могут быть добавлены для борьбы с инфекцией.

Исследователи выполняют трехмерный процесс печати при комнатной температуре, что позволяет им добавлять к чернилам другие элементы, такие как антибиотики.

«Мы можем включить антибиотики, чтобы уменьшить вероятность заражения после операции», - сказал Шах. «Мы также можем комбинировать чернила с различными типами факторов роста, если это необходимо, для дальнейшего улучшения регенерации. Это действительно многофункциональный материал. «

Подробнее: Возможны ли пересадки головы … и этические? »

Персонализированные замены

Хирурги, использующие синтетический костный материал Shah, смогут сканировать тело пациента и создать персонализированную заменяемую кость на трехмерном принтере.

Гибкие механические свойства биоматериала позволяют врачам легко вырезать и формовать его до размеров во время хирургической процедуры. Мало того, что это происходит быстрее, сказал Шах, но также менее болезненным по сравнению с использованием материала для автоматического трансплантата.

Когда она начала свои исследования в 2009 году, Шах получил начальное финансирование факультета и постоянно поддерживал Национальные институты здоровья (NIH).

Она надеется получить государственное и корпоративное финансирование и недавно основала стартап-предприятие на Северо-Западе для изучения заявок на ее работу.

Шах надеется на день, когда «время обработки имплантата, специализирующегося на клиенте, может быть в течение 24 часов. Это может изменить мир черепно-лицевой и ортопедической хирургии и, я надеюсь, улучшит результаты лечения. «