Oasele artificiale: Ultimele în 3D

Oamenii de stiinta au cateva vesti interesante despre progresele in piesele de schimb umane. "

În curând este posibil să înlocuiți oasele umane deteriorate cu oase sintetice, personalizate create pe o imprimantă 3-D.

PublicitatePublicitate

Acest os "hiperelastic" va fi produs cu o "cerneală" realizată dintr-un calciu natural care se găsește în osul uman.

Într-un avans semnificativ față de metodele actuale, oamenii de știință declară că oasele imprimate la comandă pot induce rapid regenerarea osoasă și creșterea.

Asta ar putea face procedurile medicale mai eficiente, mai puțin dureroase și mai durabile.

Publicitate

Aplicațiile ar putea include reparația leziunilor craniofaciale, dentare, spinoase și alte leziuni ale oaselor și medicamentelor sportive.

Oamenii de stiinta de la Universitatea Northwestern au publicat concluziile lor luna trecuta in revista Science Translational Medicine.

PublicitatePublicitate

Citește mai mult: Dentiștii vor imprima în curând dinții antibacterieni 3-D »

Ramille Shah, Ph.D., care a condus echipa de cercetare, este un profesor asistent de stiinta si ingineria materialelor la Scoala de Inginerie McCormick din Northwestern si un profesor asistent de chirurgie la Școala de Medicină din Feinberg din Northwestern.

Shah descrie osul hiperelastic ca "un material foarte versatil, fără factori de creștere, osteoregenerativ, scalabil și chirurgical prietenos biomaterial. „

Oamenii de stiinta au creat oase hiperelastice pentru a efectua o fuziune spinala la un sobolan si pentru a repara un defect de craniu intr-o maimuta rhesus. Studiile pe animale vor continua.

Shah și echipa ei cred că încercările umane ale osului lor sintetic ar putea începe în cinci ani.

Shah, care conduce Laboratorul de Testare Shah si Laboratorul de Additive Manufacturing la Northwestern, a declarat intr-un interviu Healthline ca obiectivul echipei sale de oameni de stiinta si clinicieni a fost "dezvoltarea unui biomaterial tiparabil 3-D pentru tesutul osos regenerarea la copii. "

Pacienții pediatrici care suferă de defecte osoase din traumă sau de naștere ar putea beneficia în mod semnificativ de această tehnologie.

"Chirurgii care folosesc curentul pentru defectele craniofaciale sunt plăci și șuruburi metalice și polimeri, dar nu și materiale degradabile, pentru lucrul facial", a spus Shah. "Calea principală este acum a lua bucăți de os din coaste sau șolduri ale pacientului și de a face o" auto-grefa "- forma piesele pentru a se potrivi spațiului de defecte pe care doresc să remodelate. Dar această metodă poate provoca probleme în altă parte a corpului. Auto-grefele sunt folosite în special la copii, deoarece nu doriți să utilizați "corpuri străine" la copii și adolescenți. "

Publicitate

Chirurgia de implantare a oaselor este dureroasă și complicată pentru copii, a spus ea. Recoltarea oaselor pentru o auto-grefă poate duce la alte complicații și durere.Sunt uneori folosite implanturi metalice, dar acest lucru nu este un remediu permanent pentru copiii în creștere.

"Adulții au mai multe opțiuni atunci când vine vorba de implanturi", a spus Shah. Pacienții pediatrici nu. Dacă le dai un implant permanent, trebuie să faci mai multe intervenții chirurgicale pe viitor în timp ce cresc. S-ar putea confrunta cu ani de dificultate. "

PublicitatePublicitate

Citește mai mult: Medicamentele 3-D: Farmacia dvs. va imprima acum prescripția dvs.»

Componentele potrivite

Componenta osoasă naturală este esențială pentru succes.

Principalul constituent al biomaterialului lui Shah este hidroxiapatita, un fosfat de calciu care este principalul element structural (90 la suta in greutate) de os natural vertebrate.

Publicitate

Shah și colegii ei amestecă 90% hidroxiapatită cu 10% polimer medical biodegradabil, biodegradabil, într-un solvent care face textura mai mult ca un lichid decât un solid.

"Coerența este ca adezivul lui Elmer", a spus Shah.

PublicitatePublicitate

Amestecul se numește "cerneală" deoarece este utilizat într-o imprimantă 3-D.

Odată ce amestecul este extrudat, solventul principal se evaporă imediat și solidifică materialul. Structura materialului este poroasă și poate fi utilizată la temperatura camerei.

"Porozitatea ridicata este critica deoarece celulele si vasele de sange trebuie sa infiltreze structura structurala pentru a imbunatati integrarea tisulara", a explicat Shah.

În plus, concentrația ridicată de hidroxiapatită creează un mediu care induce o regenerare rapidă a oaselor.

"[osul hiperelastic] este conceput să se degradeze și să se remodeleze în osul natural și, prin urmare, poate crește cu pacientul", a spus Shah. "Acest lucru elimină necesitatea unor intervenții chirurgicale viitoare, așa cum se întâmplă cu plăcile sau implanturile metalice. "

Citește mai mult: Cercetătorii descoperă modalitatea de a tipări țesuturile umane»

Un produs versatil

Oasele hiperlaretice sunt versatile și pot fi tipărite cu rezistențe variate.

Aceasta include oasele foarte elastice, cele care pot suporta sarcini semnificative, precum și cele mai goale sau dense. Aceste proprietati mecanice sunt determinate de arhitectura obiectului tiparit de 3D, a spus Shah.

Oasele sintetice ar putea fi personalizate pentru fiecare pacient.

Varietatea de aplicații include reparații pentru fracturile coloanei vertebrale, leziuni ale medicamentelor sportive și leziuni ale ACL și ale manșonului rotativ care necesită vindecarea țesuturilor moi la os, a spus Shah.

În aplicațiile craniofaciale și dentare și în cazul deformărilor faciale, osul de înlocuire poate fi imprimat "pentru a se potrivi perfect simetriei și anatomiei pacientului, în special în cazul în care există o componentă estetică importantă pentru rezultatul pacientului", a spus ea.

"Materialul este foarte elastic, iar chirurgii îl pot manipula", a spus Shah. "Materialele disponibile sunt foarte flexibile și nu sunt greu de tăiat și modelate. Când chirurgii au auzit despre asta, au fost foarte entuziasmați. "

Citiți mai mult: trăim cu o mașină artificială de pancreas»

Important în operațiile capului și feței

Proprietățile osului hiperelastic sunt deosebit de importante în repararea oaselor din cap și față.

"În defectele craniofaciale, putem crea un obiect care fixează sau acoperă defectul, permițându-ne să menținem simetria facială", a spus Shah. Putem imprima ceva care este specific pacienților. Materialul va trece prin schelă. Acest lucru este important, deoarece dacă nu aveți vase de sânge în defect, puteți avea necroză tisulară [moarte de țesut]. În schelă, celulele vor depune un material nou osos. Cu implanturi permanente, trebuie să le înlocuiți în timp. Acest material nou crește cu pacientul și este neinvaziv. "

Antibioticele ar putea fi adăugate pentru a controla infecția.

Cercetătorii efectuează procesul de tipărire 3-D la temperatura camerei, ceea ce le permite să adauge cerneală alte elemente, cum ar fi antibioticele.

"Putem încorpora antibiotice pentru a reduce posibilitatea infecției după intervenție chirurgicală", a spus Shah. "De asemenea, putem combina cerneala cu diferite tipuri de factori de creștere, dacă este necesar, pentru a spori regenerarea. Este într-adevăr un material multifuncțional. "

Citește mai mult: Sunt transplanturile capabile … și etice? »

Înlocuirea personalizată

Chirurgii care utilizează materialul osos sintetic al lui Shah ar putea să scaneze corpul pacientului și să creeze un os înlocuitor personalizat pe o imprimantă 3-D.

Proprietățile mecanice flexibile ale biomaterialelor le permit medicilor să le taie cu ușurință și să le modeleze la dimensiuni în timpul unei proceduri chirurgicale. Nu numai că acest lucru este mai rapid, a spus Shah, dar și mai puțin dureros decât în ​​cazul utilizării materialului auto-grefat.

Speră să obțină finanțare guvernamentală și corporativă și a înființat recent o întreprindere de pornire la Northwestern pentru a explora aplicațiile pentru munca ei.

Shah așteaptă cu nerăbdare o zi în care "timpul de întoarcere pentru un implant care este specializat pentru un client ar putea fi în termen de 24 de ore. Aceasta ar putea schimba lumea chirurgiei craniofaciale și ortopedice și, sper, va îmbunătăți rezultatele pacientului. „