3D-печать кости! Создание костей является актуальной темой в сфере медицинской 3D печати. Несколько разработок в данном направлении являются довольно успешными, но, тем не менее, нуждаются в дополнительных усовершенствованиях. Не прекращаются и различные исследования, направленные на поиск оптимальных решений для 3D печати органических элементов человеческого тела. Всю важность вопроса восстановления костей легко понять, взглянув на статистику: ежегодно в мире около 200 000 человек нуждаются в замене костей черепа по причине врождённого дефекта, травмы или хирургического вмешательства. Традиционно для проведения данной операции врачи предлагают изъять часть малоберцовой кости пациента необходимого размера и формы, с целью изготовления требуемого имплантата. Однако несовершенство этого метода очевидно: процедура может вызвать травму ноги, а взятый материал не всегда соответствует естественным изгибами черепа.
3D-печать кости!
К счастью, учёные медленно, но верно продвигаются по пути достижения цели – разработки нового способа создания потенциально улучшенных костных имплантатов, идеально соответствующих области вживления. Исследования, проведённые в Университете Джона Хопкинса, показали, что измельчённый костный порошок может быть смешан с поликапролактоном (PCL) для создания жизнеспособных клеточных каркасов, распечатанных на 3D принтере. Также было установлено, что смеси с большим количеством костного порошка справляются с формированием костей гораздо лучше, а те, в которых преобладает PCL, являются более прочными. Наиболее привлекательным в данной методике можно назвать тот факт, что эти наполовину пластиковые структуры действительно обрастают новыми клетками, образовывая практически не уступающую естественным костям текстуру. Благодаря 3D печати подобных конструкций медики получат возможность создания имплантатов, идеально соответствующих индивидуальным требованиям пациента, без необходимости использования малоберцовой кости в операции.
3D-печать кости!
Но, как и в любой разработке, находящейся на начальной стадии воплощения, здесь пока присутствуют некоторые ограничения. Основным препятствием являются сложности при образовании на каркасе живых клеток, так как они нуждаются в некотором заданном направлении роста. При том, что 3D-печатная часть кости будет сохранять форму, естественные элементы начнут развиваться в произвольном порядке. Над этой особенностью учёные продолжают усердно работать. Стоит сказать несколько слов о самом процессе 3D печати. Команда исследователей проводила эксперименты с различными композитными материалами, комбинируя полимеры, пригодные для использования в 3D принтере, с органической основой, необходимой для способствования естественному росту костей. В результате многочисленных опытов было выяснено, что наиболее оптимальным вариантом для данной цели является поликапролактон – биоразлагаемый сложный полиэфир с низкой температурой плавления. В качестве органического материала учёные использовали порошок с внутренней стороны коровьего колена.
3D-печать кости!
Некоторое время ушло на поиск наилучшего соотношения костного порошка и полимера, далее следовал этап проверки потенциала данного материала в стимулировании роста костей. Для этого исследователи поместили человеческие стволовые клетки из жировой ткани, полученной во время процедуры липосакции, в так называемый “питательный бульон” и нанесли данную смесь на костный каркас. А через три недели учёные оценили результат, оказавшийся более чем удовлетворительным. Клетки, выращенные на 70% структуры костного порошка, развивались невероятно хорошо, демонстрируя высокие показатели активности генов, отвечающих за формирование костей. На оставшихся 30% результаты тоже были неплохими, хотя и менее кардинальным, чем на большей части каркаса. Следующим шагом стало введение в клеточную смесь ключевого ингредиента: бета-глицерофосфата, призванного активизировать клеточные ферменты для оседания кальция – первичного костного материала. Результаты данного шага также оказались отличными.
3D-печать кости!
И хотя костный порошок из коровьей кости оказался успешным материалом для проведения исследования, учёные намерены выполнить дальнейшие эксперименты с использованием порошка, изготовленного из человеческих костей, что вполне понятно, учитывая цели проекта. Также они планируют разработать более естественную форму каркасов и провести испытания экспериментальных добавок. Такие добавки могли бы содействовать формированию новых кровеносных сосудов внутри структуры. Судя по достигнутому эффекту, данный проект, несомненно, окажется успешным, приближая нас к эре высокотехнологических медицинских разработок, доступных каждому человеку.
