Nowatorska metoda drukowania przestrzennego rusztowań kostnych opracowana przez naukowców z MIT

Inżynieria tkankowa jest interdyscyplinarną dziedziną, wykorzystującą zarówno wiedzę medyczną, jak i metody stosowane w inżynierii materiałowej. Ciągłe dążenie do opracowania funkcjonalnych zamienników tkanek, a nawet całych narządów jest złożonym procesem stawiającym przed naukami coraz to nowe wyzwania. Jednym z najgłośniejszych osiągnięć ostatnich lat są”scaffoldy” czyli biokompatybilne rusztowania kostne. Po co właściwie się je wytwarza i jaki mają związek z technologiami addytywnymi?

Prawidłowo zaprojektowane rusztowanie kostne musi charakteryzować się gęstą i dobrze zorganizowaną siecią porów, która pozwoli tkankom tworzącym kości na przerastanie i budowanie nowej struktury kostnej, a także wykazywać właściwości mechaniczne zbliżone do ludzkiej kości.

Idea budowania scaffoldów powstała już w latach 90. ubiegłego stulecia. Jednak odnalezienie odpowiedniego sposobu wytwarzania rusztowań, przy zachowaniu wysokiej precyzji i kontroli geometrii wciąż nastręczało problemów. Rozwiązaniem, które pozwoliło na spełnienie postawionych warunków okazała się technologia druku przestrzennego, którą inżynierowie wciąż próbują zoptymalizować tak, aby tworzyć układy imitujące tkanki.

Naukowcom z Harvardu i MIT udało się opracować innowacyjną metodę addytywnego budowania struktury, zainspirowaną rozwiązaniami obecnymi od milionów lat w świecie przyrody. Wytwarzane konstrukcje wzorowano na budowie niektórych roślin, które dzięki mikroporom obecnym w swojej budowie wykazują stosunkowo wysoką odporność na odkształcenia.

Wykorzystanie ceramicznego materiału o strukturze przypominającej gąbkę umożliwiło wytwarzania porowatych struktur o wysokiej sztywności zarówno w skali makro jaki i mikro. Proponowane rozwiązanie ma szansę na znalezienie zastosowania lekkich a jednocześnie wytrzymałych konstrukcji – tak jak rusztowania kostne.

Co więcej zastosowane tworzywo pozwala na odtworzenie w procesie druku przestrzennego skomplikowanych geometrii, przy zachowaniu odpowiedniej gęstości oraz wymaganej elastyczności. Jednak jak zapewniają naukowcy, niebawem ta metoda wytwarzania (również w skali mikro) będzie dostępna przy użyciu również metali czy polimerów.

Opisany sposób drukowania scaffoldów jest kolejnym dowodem na to, że technologie addytywne są odpowiedzią na wiele wyzwań stawianych przed współczesną medycyną. Kolejnym przedsięwzięciem podejmowanym przez naukowców jest tworzenie tkanek nie w trzech ale… w czterech wymiarach! Proces ten polega na stworzeniu w technologii addytywnej elementów imitujących żywe tkanki przy użyciu materiałów, którym można „zaprogramować” określony kształt (z tzw. pamięcią kształtu). Wyraz z upływem czasu element stopniowo przekształca się. Koncepcja nadal jest w fazie rozwoju – nad opracowaniem polimeru do biodruku czterowymiarowego pracuje m.in. Stratasys.

Grafika: [1] Źródła: ac.els-cdn.com, designnews.com