Kości jak prawdziwe z drukarki 3D

0

Prawidłowa tkanka kostna przez całe nasze życie ulega przebudowywaniu, dostosowując się do rosnącego ciała i zmian rozkładu sił obciążających. Składa się z kolagenu, soli (głównie soli wapnia i fosforanowych) oraz z komórek kościotwórczych i kościogubnych. Komórki te nieustannie remodelują kość, odgrywają też ogromną rolę w jej odtwarzaniu po uszkodzeniu.

Konwencjonalne metody leczenia złamań i ubytków kości obejmują tytanowe blaszki i śruby do łączenia fragmentów kości, stosowane w stomatologii implanty ceramiczne oraz implanty zastępujące duże części zniszczonej kości. Te ostatnie tworzone są zwykle ze specjalnych metali, stopów metali lub biokompatybilnych tworzyw sztucznych. Ma w tym też swoją zasługę druk 3D, umożliwiając zaprojektowanie implantu w taki sposób, by umożliwić tkance kostnej „wrośnięcie” w niego – na przykład tworząc tytanowy stelaż  –  oraz dostosowując wszczep do anatomii konkretnego pacjenta.

Jak do tej pory druk 3D fragmentu kości wiązał się z dość odległymi dla przeciętnego użytkownika drukarki FFF rozwiązaniami, jak spiekanie proszku tytanowego; potencjalne zastosowania tworzywa PEEK w odbudowie kości są wciąż w fazie badań. Grupę tych materiałów można określić wspólnym mianem „niewchłanialnych”, ich użycie wiąże się z ogromnymi kosztami, ryzykiem infekcji, odrzucenia, uszkodzenia otaczającej tkanki kostnej, czy zwykłego zużycia; dodatkowo niemożliwe lub mocno utrudnione jest ich zastosowanie u rosnących dzieci.

Jednak co, gdyby dało się stworzyć materiał składem zbliżonym do prawdziwej kości, który mógłby w pełni ulec wbudowaniu do tkanki, razem z nią ulegać przebudowie i wzrostowi, który przyjąłby się tak dobrze, że w jego obrębie powstałby nawet szpik kostny?

Taki materiał już istnieje. Mowa o fosforanie trójwapniowym, który stanowi jeden z nieorganicznych elementów budulcowych prawdziwej kości. Naukowcy z Danii pod przewodnictwem profesora Mortena Østergaarda Andersena badają jego możliwości jako wchłanialnego materiału w połączeniu  z korzyściami, jakie niesie druk 3D w technologii FFF  – w postaci personalizacji wszczepu, łatwości w obsłudze i niskich kosztów, dzięki czemu możliwe byłoby ustawienie urządzenia w szpitalu.

Zespół badawczy rozwiązał dotychczasowe  problemy z użyciem fosforanu wapnia, zastępując dotychczas stosowany w podobnych badaniach roztwór wodny – kwasami tłuszczowymi. Wydruki były następnie spiekane w dwóch etapach, po czym dodawano na ich powierzchnię komórki progenitorowe. Kolejne testy wykazały obecność kolagenu i białek – tak, jak w prawdziwej kości. Cały proces drukowania i spiekania kości o powierzchni kilku cm2 zajmuje zaledwie kilka godzin. Mieszanina fosforanu wapnia z kwasami tłuszczowymi może być łatwo przechowywana i wielokrotnie „odgrzewana” do wykorzystania. Sztucznie stworzona płaska kość ma wytrzymałość i sprężystość porównywalne do ludzkiej kości pokrywy czaszki.

Fragment wydrukowanego implantu został wszczepiony do czaszki myszy. Uległ nie tylko całkowitej integracji z kośćcem zwierzęcia – doszło również do odtworzenia jamy szpikowej razem ze szpikiem.

W niedalekiej przyszłości grupa badawcza ma zamiar przetestować implant na świniach, jak również spróbować odtworzyć bardziej skomplikowane, niż pokrywa czaszki, struktury kostne. Ponieważ wszystkie użyte składniki już posiadają pozwolenie na wykorzystanie w ludzkim ciele, jest szansa na szybkie wprowadzenie tej metody do badań klinicznych.  Rewolucyjny implant może odmienić życie wielu osób z nowotworami kości lub ciężkimi urazami.

Źródło: www.3ders.org

Udostępnij.

O autorze

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