Biodruk 3D bezpośrednio na kości nową szansą dla rozwoju medycyny regeneracyjnej

0

Rośnie liczba zastosowań druku 3D w medycynie regeneracyjnej. Szczególnie pod tym względem wdzięczny jest układ szkieletowy, ponieważ substancje, z których zbudowane są nasze kości czy chrząstki okazują się dobrym materiałem dla drukarek 3D.

Dotychczasowe metody leczenia chorób i urazów kości obejmują autoprzeszczep (czyli pobranie kawałka kości np. z własnego żebra) bądź implant (o badaniach nad nowego rodzaju implantami powstającymi w technologii przyrostowej była już mowa na Centrum Druku 3D). Z uszkodzeniami  tkanki chrzęstnej, czy to spowodowanymi urazem, czy też zwyrodnieniową chorobą stawów, radzimy sobie gorzej – w ciężkich przypadkach bywa konieczne wstawienie całego sztucznego stawu, z czym wiąże się wiele komplikacji. Spowodowane jest to słabą zdolnością chrząstki do regeneracji.

Grupa badawcza z Chin bada możliwości wykorzystania drukarek 3D w leczeniu ubytków kostnych oraz chrzęstnych. Głównym celem badania było stworzenie biokompatybilnego implantu o odpowiedniej strukturze, który jednocześnie miałby idealnie pasujące do ubytku wymiary, tworząc świetnie dopasowaną „łatkę” oraz który mógłby być tworzony in situ, czyli bezpośrednio na uszkodzeniu. Podobne badanie przeprowadzili już australijscy uczeni, którzy z użyciem Biopena rekonstruowali tkankę chrzęstną owcy.

W chińskim badaniu wzięto pod uwagę trzy konkretne rodzaje uszkodzeń:

  • duży segmentarny ubytek kości długiej
  • złamanie kostno-chrzęstne kłykci kości udowej, czyli wyrostków pokrytych chrząstką tworzących powierzchnię stawową dystalnego odcinka kości udowej (składowe stawu kolanowego)
  • głębokie uszkodzenie chrząstki stawu kolanowego (stopień IV wg ICRS).

Wymienione wyżej uszkodzenia (górny rząd) oraz prawidłowy obraz tkanek na drugiej kończynie (dolny rząd)

Uszkodzone kości zostały pobrane od zwierząt, następnie zeskanowano je z użyciem skanera 3D EinScan-Pro od Shining 3D na obracalnej platformie. Rozdzielczość takiego skanu sięga 5μm. Po stworzeniu modeli kości oraz modeli wypełnienia ubytków, „łatki” zostały wydrukowane za pomocą biodrukarki 3D Regenovo bezpośrednio na ubytku. Do naprawy uszkodzeń kostnych oraz chrzęstno-kostnych użyto alginianu sodu w formie hydrożelu, a do chrzęstnych – kwasu hialuronowego. Materiały zostały poddane następnie fotopolimeryzacji. Główną trudność stanowiło oczywiście drukowanie nie na płaskim stole, a na trójwymiarowym, nierównym obiekcie. Całość, łącznie ze skanowaniem i drukowaniem, zajmuje zaledwie kilkanaście minut.

A – proces nadrukowywania hydrożelu, B – fotopolimeryzacja po skończonym wydruku, C – wygląd wydruku przed fotopolimeryzacją, D – wygląd po fotopolimeryzacji

Efekty są świetne – naprawione tkanki ostatecznie niewiele różniły się od zdrowych. Wybrane materiały – alginian sodu oraz kwas hialuronowy – pobudzają namnażanie się komórek i odtwarzanie tkanki zewnątrzkomórkowej, przyczyniając się do ostatecznej regeneracji uszkodzeń. Kwas hialuronowy jest jednym z naturalnych elementów składowych chrząstki.

Podobnych badań, z wykorzystaniem nieco innych technik druku 3D oraz różnych materiałów, jest wiele. Dopiero przyszłość pokaże, które z nich okażą się najlepsze i wejdą do powszechnego użytku, a które zapiszą się w historii medycyny ledwie jako ciekawostka.

Źródło: publikacja źródłowa via 3dprint.com

Udostępnij.

O autorze

Studentka kierunku lekarskiego. Od kilku lat pośrednio związana z branżą FDM. Wbrew pozorom, pisze nie tylko o druku 3D w medycynie.

Rozmowa
z Cedrykiem
?