Kolano jest jednym z najbardziej obciążonych stawów w ludzkim organizmie, pełniącym nie tylko funkcje ruchowe ale również stabilizujące i amortyzujące. Wewnątrz stawu funkcję poduszki absorbującej drgania i wstrząsy pełni łąkotka – chrzęstna tkanka separująca dwie powierzchnie kości pod wpływem ciągłego stresu mechanicznego. Nic więc dziwnego, że to właśnie ta struktura przez wielu uznawana jest za najbardziej narażoną na uszkodzenia część ciała. Często w wyniku urazu musi zostać zastąpiona wszczepem chirurgicznym, które obecnie wciąż nie dają oczekiwanego komfortu. Naukowcom z Uniwersytetu Duke udało się opracować innowacyjny, hydrożelowy implant łąkotki wykonany przy zastosowaniu techniki druku przestrzennego, który może być szansą dla wielu pacjentów poddanym resekcji łąkotki.
Wykorzystywane obecnie implanty chrząstek nie są w pełni kompatybilne, pozostawiając jednocześnie wiele do życzenia w kwestii elastyczności oraz wytrzymałości. Polimerowe implanty nie mają również zdolności przerastania tkanka chrzęstną jak i naczyniami krwionośnymi, co zwielokrotnia prawdopodobieństwo odrzucenia wszczepu.
Specjaliści z Uniwersytetu Duke zdecydowani się poprawić właściwości dotychczasowych implantów poprzez zastosowanie materiału polimerowego zwanego hydrożelem. Tworzywo ze względu na swój hydrofilowy charakter oraz stosunkowo dużą biozgodność może być z powodzeniem używany jako substytut żywych tkanek. Znajduje szerokie zastosowanie w produktach medycznych m.in. w soczewkach kontaktowych, wysokochłonnych opatrunkach czy biodruku. Użycie materiału hydrożelowego w kontekście wykonywania sztucznej łękotki zapewniło wysokie właściwości wytrzymałościowe przy dużej sprężystości – tak jak w przypadku ludzkiej chrząstki.
Sam proces drukowania przestrzennego nastręczał jednak naukowcom problemów, ze względu na fakt, że hydrożel w znacznym stopniu składa się z wody. Materiał w trakcie procesu nanoszenia, ze względu na niewystarczającą gęstość rozpływał się, co uniemożliwiało zachowanie zaplanowanego kształtu. Rozwiązaniem okazało się ponowne usieciowanie polimeru przy jednoczesnym dodaniu nanocząstecząstek substancji zapewniającej znaczne polepszenie spoistości filamentu. Dodatkowo, hydrożel może zostać również poddany nasycaniu substancją aktywną, która poprzez stopniowe wydzielanie zapobiega reakcjom zapalnym organizmu.
Wstępne badania i testy wykonanych implantów łąkotki zostały przeprowadzone przy zastosowaniu niskobudżetowych drukarek 3D (nie droższych niż 300$). Zmniejszenie kosztów zoptymalizowało cały proces wytwarzania oraz testowania wszczepu. Dodatkowo, przez zastosowanie technologii druk przestrzennego skomplikowana geometria części oryginalnej chrząstki została idealnie odwzorowana i dopasowana do indywidualnego pacjenta. Cały proces odtworzenia wirtualnego modelu na podstawie zdjęć z tomografii komputerowej trwa nie dłużej niż jeden dzień.
Jak przyznaje jeden z członków projektu, profesor Benjamin Wiley, wykorzystanie tego typu polimeróww implantologii jest rozwijającą się dziedziną. Jednak przedstawione wyniki badań mogą jedynie udowodnić, że opracowany proces wytwarzania może znacznie ułatwić używanie hydrożeli w charakterze filamentu oraz nadawanie mu pożądanych właściwości.
Źródło : all3dp.com
