Keinotekoiset luut: viimeisimmät 3-D painatus

Tutkijoilla on mielenkiintoisia uutisia ihmisen "varaosien edistymisestä. "

Pian saattaa olla mahdollista korvata vaurioituneet ihmisluvat synteettisellä, räätälöidyllä luulla, jotka on luotu 3-D-tulostimelle.

MainosMainos

Tämä "hyperelastinen" luu valmistetaan "musteella", joka on tehty luontaisesta kalsiumista, joka löytyy ihmisen luusta.

Nykyisten menetelmien huomattava edistysaskel tutkijat sanovat, että räätälöidyt luut voivat nopeasti synnyttää luun uudistumista ja kasvua.

Tämä saattaisi tehostaa lääketieteellisiä toimenpiteitä, vähemmän tuskallista ja pitkäkestoisempaa.

Mainos

Sovelluksissa voi olla kraniofacial-, hammaslääketieteen, selkärangan ja muiden luiden ja urheilulääketieteellisten vammojen korjaus.

Northwesternin yliopiston tutkijat julkaisivat havaintojaan viime kuussa Science Translational Medicine -lehdessä.

MainosMainos

Lue lisää: Hammaslääkärit tulevat pian tulostamaan 3-D antibakteeriset hampaat »

Lasten avustaminen

Tutkimusryhmän johtajana toimiva Ramille Shah on Northwesternin McCormick School of Engineeringin materiaalitutkimuksen ja insinöörin professori ja apulaisprofessori Northwesternin Feinbergin lääketieteen laitoksella.

Shah kuvaa hyperelastista luuta "erittäin monipuolisena kasvutekijänä vapaana, osteoregeneratiivisena, skaalautuvana ja kirurgisesti ystävällisenä biomateriaalina. ”

Tutkijat loivat hyperelastisen luun suorittamaan selkäydin fuusiossa rotassa ja korjattuna kallon vikoja rhesus-apinaan. Eläinkokeita jatketaan.

Shah ja hänen tiiminsä uskovat, että synteettisen luun ihmiskokeet voisivat alkaa viiden vuoden kuluttua.

AdvertisementMainos

Shah, joka johtaa Shah Tissue Engineering- ja Additive Manufacturing Labia Northwesternissa, kertoi Healthline-haastattelussa, että hänen tiedemiehensä ja kliinikoidensa tavoitteena oli "kehittää 3-D tulostettava biomateriaali luukudokselle regenerointi lapsilla. "

Lapsipotilailla, jotka kärsivät traumasta tai synnytyksestä syntyvistä luustoista, voisi hyötyä merkittävästi tästä tekniikasta.

"Nykyiset materiaalirurgeet käyttävät kallofraktiovirheitä ovat metalliset levyt ja ruuvit sekä polymeerit, mutta eivät hajoavat, kasvohoitoihin", Shah sanoi. "Ensisijainen tapa on ottaa potilaan kylkiluut tai lonkat luista ja tehdä" auto-graft "- muokata palaset sopivaksi defektitilaksi, jonka he haluavat muokata. Mutta tämä menetelmä voi aiheuttaa ongelmia muualla elimistössä. Auto-grafts käytetään erityisesti lasten kanssa, koska et halua käyttää vieraita elimiä lapsipotilailla. "

Mainos

Luun implantaatiokirurgia on tuskallinen ja monimutkainen lapsille, hän sanoi. Luun korjuu auto-graftille voi aiheuttaa muita komplikaatioita ja kipua.Metallisia implantteja käytetään joskus, mutta tämä ei ole pysyvä korjaus kasvaville lapsille.

"Aikuisilla on enemmän vaihtoehtoja implanttien suhteen", Shah sanoi. "Pediatriset potilaat eivät. Jos annat heille pysyvän implantin, sinun on tehtävä enemmän leikkauksia tulevaisuudessa kasvaessaan. He saattavat joutua vuosien vaikeuksiin. "

AdvertisementMainos

Lue lisää: 3-D-lääkkeet: Apteekki tulostaa reseptiäsi»

Oikeat ainesosat

Shahin biomateriaalin tärkein ainesosa on hydroksiapatiitti, kalsiumin fosfaatti, joka on luonnollinen selkärankaisen luun päärakenne (90 prosenttia painosta).

Mainos

Shah ja hänen kollegansa sekoittavat 90 prosenttia hydroksiapatiittia 10 prosentilla bioyhteensopivalla, biohajoavalla lääketieteellisellä polymeerillä liuottimessa, joka tekee tekstuurista enemmän kuin nestemäinen kuin kiinteä aine.

"Sakeus on kuin Elmerin liima", Shah sanoi.

MainosMainos

Seosta kutsutaan "musteeksi", koska sitä käytetään 3-D-tulostimessa.

Kun seos suulakepuristetaan, pääliuotin välittömästi haihtuu ja kiinteyttää materiaalia. Materiaalin rakenne on huokoinen ja sitä voidaan käyttää huoneenlämmössä.

"Suuri huokoisuus on kriittinen, koska solut ja verisuonten on tunkeutua rakenteelliseen tukirakenteeseen kudosintegroinnin parantamiseksi", Shah selitti.

Lisäksi hydroksiapatiitin korkea pitoisuus luo ympäristön, joka aiheuttaa nopean luun regeneroinnin.

"[Hyperelastinen luu] on suunniteltu hajottamaan ja uudelleenmuodostumaan luonnolliseen luuhun, ja siksi se voi kasvaa potilaan kanssa", Shah sanoi. "Tämä poistaa tarpeen tulevia leikkauksia varten, kuten metallisilla levyillä tai implantteilla. "

Lue lisää: Tutkijat löytävät tapaa tulostaa ihmiskudos»

Monipuolinen tuote

Hyperelastinen luu on monipuolinen ja voidaan tulostaa erilaisilla vahvuuksilla.

Tämä sisältää erittäin elastisia luita, jotka kestävät huomattavia kuormia sekä niitä, jotka ovat enemmän onttoja tai tiheitä. Nämä mekaaniset ominaisuudet määräytyvät kolmiulotteisen painetun kohteen arkkitehtuurilla, Shah sanoi.

Synteettinen luu voidaan räätälöidä jokaiselle potilaalle.

Käyttökohteisiin kuuluu selkärangan, urheilulääketieteellisten loukkaantumisten korjaus ja ACL- ja pyörivä kalvovammat, jotka edellyttävät pehmeän kudoksen luun paranemista, Shah sanoi.

Craniofacial- ja hammaslääketieteellisissä sovelluksissa sekä kasvojen epämuodostumissa korvaava luu voidaan painata "täydellisesti potilaan symmetriaan ja anatomiaan, erityisesti silloin, kun potilaan lopputulokseen on esteettinen komponentti", hän sanoi.

"Materiaali on myös erittäin joustava ja kirurgi voi manipuloida sitä", Shah sanoi. "Nyt saatavilla olevat materiaalit ovat hyvin joustavia eikä niitä ole vaikea leikata ja muotoilla. Kun kirurgi kuulivat tästä, he olivat hyvin innoissaan. "

Lue lisää: Asuminen keinotekoisella haimakoneella»

Tärkeää päästä, kasvoista leikkauksissa

Hyperelastisen luun ominaisuudet ovat erityisen tärkeitä luiden ja pään luiden korjaamiseksi.

"Craniofacial-puutteissa voimme luoda esineen, joka korjaa tai peittää vian, jolloin voimme ylläpitää kasvojen symmetriaa", Shah sanoi. "Voimme tulostaa jotain, joka on potilaskohtainen. Materiaali kulkee telineen läpi. Tämä on tärkeää, koska jos sinulla ei ole verisuonia erehdyksessä, sinulla voi olla kudoksen kuolio (kudos kuolema). Rakennustelineessä solut tallentavat uutta luumateriaalia. Pysyvien implanttien avulla sinun on vaihdettava ne ajan mittaan. Tämä uusi materiaali kasvaa potilaan kanssa ja ei ole invasiivista. "

Antibiootteja voitaisiin lisätä tartunnan torjumiseksi.

Tutkijat suorittavat 3D-tulostusprosessin huoneenlämpötilassa, mikä mahdollistaa niiden lisäämisen musteille muiden elementtien, kuten antibioottien, kanssa.

"Voimme sisällyttää antibiootteja infektion mahdollisuuden vähentämiseksi leikkauksen jälkeen", Shah sanoi. "Voimme myös yhdistää musteen eri tyyppisiin kasvutekijöihin tarpeen mukaan lisäämään uudistumista. Se on todella monitoiminen materiaali. "

Lue lisää: Ovatko pääsiirrot mahdollisia … ja eettisiä? »

Henkilökohtaiset vaihtoehdot

Shahin synteettisen luumateriaalin käyttämät kirurgiet voisivat skannata potilaan kehon ja luoda henkilökohtaisen korvaavan luun 3-D-tulostimelle.

Biomateriaalin joustavat mekaaniset ominaisuudet antavat lääkäreille mahdollisuuden leikata ja muotoilla sen kokoon kirurgisen toimenpiteen aikana. Ei vain tämä nopeampi, Shah sanoi, mutta myös vähemmän tuskallista auto-graft-materiaalin käyttämiseen verrattuna.

Kun hän aloitti tutkimuksensa vuonna 2009, Shah sai tiedekunnan käynnistysrahoituksen ja hänellä on ollut jatkuvasti tukea National Institutes of Health (NIH).

Hän toivoo voivansa hankkia valtion ja yritysten rahoituksen ja perusti äskettäin Start-up-yritystä Northwesternissa tutkimaan töitäsi.

Shah odottaa päivää, jolloin "asiakkaalle erikoistuneen implantin läpimenoaika voi olla 24 tunnin sisällä. Tämä voisi muuttaa kraniofacial- ja ortopedisen leikkauksen maailmaa ja toivottavasti parantaa potilaan tuloksia. ”