Naukowcy z Texasu opracowali niezwykle precyzyjną technikę drukowania w 3D hydrożeli, które mogę zastępować naszą naturalną chrząstkę kolanową i bardzo podobnie jaka ona pracować pod obciążeniem.
Problemy ze stawami szczególnie kolanowymi (chrząstką stawową), to dość powszechne schorzenie, gdyż stosunkowo łatwo je nadwyrężyć. Wynika to z pełnionych przez nie funkcji nośnej i amortyzacyjnej. Im większy ciężar stawy kolanowe mają do dźwigania tym łatwiej o komplikacje, tak samo z siłą, jaką muszą amortyzować podczas różnych przeciążeń. Każdy uraz chrząstki stawowej może być preludium do dalszego jej osłabiania, gdyż niestety nie posiada ona zdolności regeneracji.
Chrząstka stawowa to łącznik pomiędzy kośćmi, który zapobiega ich ocieraniu się, umożliwia płynnych ruch i amortyzuje siły działające na staw. Z czasem staje się coraz mnie sprężysta, łatwo ulega obrażeniom i na domiar złego nie regeneruje się. Obecnie rekonstrukcja zniszczonej chrząstki polega m.in. na pobraniu zdrowej chrząstki od pacjenta, wyhodowanie jej w laboratorium i przeszczepienie jej operacyjnie. Bądź poszukiwanie dawcy. Obie metody są czasochłonne i niezwykle drogie. Szczególne problemy dotyczą znalezienia dawcy, których zawsze jest zbyt mało, a także komplikacji pooperacyjnych z przeszczepami i ich ewentualne odrzuty.
Rozwijający się w oszałamiającym tempie biodruk 3D już teraz pozwala nam na drukowanie całych struktur komórkowych, które są tak dobre, albo nawet i lepsze od naszych oryginalnych “części”. Technologia ta pozwalałaby w dalszej perspektywie uniezależnić medycynę od trudnego tematu dawców. Okazuje się, że wiedza jak to zrobić nie pozostaje już w sferze Science-Fiction, a jest raczej kwestą dopracowania biomateriałów o odpowiednich właściwościach, które oprócz założeń medycznych muszą spełniać również te związane z biodrukiem 3D.
Rozwiązanie problemu chrząstki stawowej zaproponowali naukowcy z Texas Tech University oraz Texas A&M University. Opracowali hydrożel, który w swojej strukturze bardzo przypomina naszą naturalną chrząstkę stawową, z niespotykaną dotąd wytrzymałością i giętkością. O sukcesie zdecydowało zastosowanie alginianów, których łańcuchy doskonale przeplatają się z siecią komórkową hydrożeli, tworząc wyjątkowo mocną strukturę, niespotykaną w żadnym innych hydrożelu. Do tego, alginiany umożliwiły precyzyjny druk 3D z użyciem tego biomateriału, gdyż zwiększona ogólna lepkość przekłada się na dużo lepsze zachowanie kształtów całej struktury.
Największym wyzwaniem w dotychczasowej inżynierii komórkowej jest osiągnięcie poziomu produkowania konstrukcji komórkowych o dokładnie takiej objętości, kształcie i integralności strukturalnej jakiej chcemy – oczywiście jeszcze w odpowiedniej skali. Biodruk 3D, o którym tu mówimy jest na dobrej drodze do osiągnięcia tego celu.
Anthony Atala, dyrektor Instytutu Medycyny Regeneracyjnej na Wake Forest University.
Pan Anthony Atala nie brał udziały w badaniach, choć nie zmienia to faktu, że Uniwersytet Wake Forest prowadzi swoje zaawansowane badania nad biodrukiem (m.in. skóry). Wytworzenie hydrożelu, który jest tak dobry jak naturalna ludzka chrząstka stawowa oraz sprawienie, że możliwe jest jego precyzyjne drukowanie 3D, to kolejny przykład, że szeroko rozumiana technologia druku 3D i XXI wiek przyniosą nam wiele niewiarygodnych dotąd rozwiązań.
Badania są prowadzone przez Junhua Wei, Jilong Wang, Siheng Su, Shiren Wang, Jingjing Qui, Zhenhuan Zhang, Gordon Christopher, Fuda Ning and Weilong Cong
Źródła: www.rsc.org, www.3ders.org
