Нов 3D-принтиран материал може да подпомогне костната регенерация

Google+ Pinterest LinkedIn Tumblr +
Credit: A. Jakus et al., Science Translational Medicine (2016)

Credit: A. Jakus et al., Science Translational Medicine (2016)

3D-принтирани импланти могат да ускорят израстването но нови кости при животните. Това беше съобщено в края на септември от учени в списанието „Science Translational Medicine“. Наречен хипереластична „кост“, този биоинженерен материал, би могъл също да бъде и евтин, много функционален и лесен за принтиране и употреба при възстановяването или регенерацията на кости при хората.

Присадените кости, които помогнали при възстановяването след наранявания на костта при плъхове и маймуни, са изработени от хидроксиапатит – минерал, който се намира в костите и зъбите и същевременно е биоразградим полимер.

Специално предложение:
 

„Материалът притежава уникални свойства, които го правят изключително еластичен” – заяви на прес-конференция съавторът Рамил Шах от  Северозападния университет в Еванстон, Илинойс. „Когато го стиснем или  деформираме, той приема  първоначалната си форма.”

Когато Шах и нейните колеги поставили човешки стволови клетки от костен мозък върху проба от хипереластичната „кост”, дори само нейното присъствие беше достатъчно да ускори процеса  им на съзряване и да ги превърне в костни клетки (този тип стволови клетки може също да образува мастни клетки и хрущял). „Стуктурата на  „костта” служи и като източник, който клетките използват, за да формират свои естествени материали” – каза Адам Якус на пресконференцията, който също е член на екипа.

За де се провери дали присаждащите се кости са безопасни за имплантиране, екипът поставил хипереластична „кост” под  кожата на мишки. Биоматериалът е порьозен, което позволява на кръвоносните съдове на гризача бързо да обхванат и включат присаждащата се кост в тялото, без да предизвикват реакция от страна на имунната система.

След като били имплантирани в гръбнака на плъховете, 3D-принтираните присадки спомогнали за изграждането на кост, зарастването и излекуванто на  гръбначните стълбове на животните. Имплантът също така е абсорбиращ – може да бъде комбиниран с антибиотици и протеини, които активират растежа на костта.

Накрая екипът използвал хипереластична „кост“, за да  замести слаба, нездрава част от черепа на маймуна. Хирурзите не били сигурни каква е степента на увреждането, така че изследователите принтирали голям имплант, който да бъде изрязан до необходимия размер в операционната. Това означава, че формата на един имплант може лесно да бъде манипулирана, дори в последния момент, и при хората. След четири седмици, черепът на маймуната се възстановил и имплантът бил добре обхванат от кръвоносни съдове.

Другите материали, които в последно време се използват за възстановяването на кости, са твърде чупливи; освен това е трудно за хирурзите да работят с тях.

„Хипереластичната „кост”, от друга страна, може лесно да бъде рязана, навивана, сгъвана и съшивана към тъканта“ – казва Шах. „Тъй като е тя е еластична, може да бъде натискана, приспособявана и може да се разширява до момента, в който механически да се прикрепи сама в дадено пространство, без да бъде лепена или съшивана.”

Биоматериалът е и здрав; когато екипът принтирал сегмент от бедрена кост, той успял да понесе тежест до 68 кг, преди да поддаде.

Не е ясно защо тези материали са толкова ефективни, когато са принтирани по този начин. Възможно е това да е така, тъй като имплантите са имитация на истинските кости, но не безупречна.

„Вероятно клетките ги възприемат като може би незавършена кост” – каза Якус. „Това още повече ги подтиква към ремоделиране на импланта и превръщането му  в естествена кост.”

Якус и колегите му предвиждат, че техните нови „бои” ще бъдат полезни при  осъществяването на възстановителни и пластични операции. Материалът също може да предотврати евентуални по-късни операции за заместване на импланти, които вече не пасват добре при децата.

„Материалът е разработен да се смалява и ремоделира в естествена кост, която да расте заедно с пациента” – казва Шах.

Боите са лесни за съхранение и могат бързо да бъдат използвани за принтиране при стайна температура.

„Мисля, че в идеалната ситуация би било чудесно, ако разполагаме с тези принтери в болнична обстановка, която да ни даде възможността да ги зареждаме с хипереластичните бои за „кости“ и така тези машини ще бъдат способни да произвеждат специфични импланти за пациентите, в рамките на 24 часа” – казва Шах.

Тя и нейният екип се надяват да започнат клинични опити в рамките на пет години.

Превод: Невяна Рогожерова

Източник: PopSci

Сподели