Jak "pistolet do kleju". Innowacyjny druk bezpośrednio na złamaniach
Naukowcy z Korei Południowej i USA opracowali innowacyjne urządzenie przypominające pistolet do kleju na gorąco, które pozwala drukować biodegradowalne rusztowania kostne bezpośrednio w miejscu złamania lub ubytku kostnego. Nowa metoda może zrewolucjonizować ortopedię, oferując personalizowane implanty, które przyspieszają gojenie i zmniejszają ryzyko infekcji.
Złamania kości czy chirurgiczne usuwanie tkanek nowotworowych często pozostawiają ubytki, które wymagają zastosowania przeszczepów lub różnego rodzaju rekonstrukcji. Badacze nieustannie eksperymentują więc z różnymi materiałami, a w ramach jednego z ostatnich badań opracowali drukarkę kostną działającą w czasie rzeczywistym podczas operacji, eliminując potrzebę wcześniejszego modelowania czy przygotowania implantów.
Nasza technologia pozwala na precyzyjne dopasowanie do anatomii, nawet w przypadku nieregularnych defektów, bez konieczności skomplikowanych przygotowań przedoperacyjnych
Bezpieczny druk i zaawansowany kompozyt
Urządzenie wykorzystuje druk niskotemperaturowy, dzięki czemu jest bezpieczne dla żywej tkanki. Materiałem konstrukcyjnym są patyczki z kompozytu polikaprolaktonu (PCL) i hydroksyapatytu (HA), minerału naturalnie występującego w kości. Dzięki regulacji proporcji HA i PCL naukowcy mogli dopasować wytrzymałość, elastyczność oraz tempo degradacji materiału. Co więcej, do kompozytu można dodawać antybiotyki, jak gentamycyna czy wankomycyna, aby przeciwdziałać infekcjom.
Testy na komórkach i zwierzętach
Pierwsze testy przeprowadzono na komórkach prekursorowych kości myszy oraz ludzkich komórkach macierzystych szpiku, aby sprawdzić toksyczność i zdolność materiału do wspierania wzrostu komórek kostnych. Następnie eksperymenty przeniesiono na króliki z dużymi ubytkami w kości udowej i porównywano drukowany kompozyt z tradycyjnym cementem kostnym przez okres 12 tygodni.
Badania wykazały, że drukowane rusztowania wspierają regenerację kości skuteczniej niż cement. Mikro-CT pokazało, że w ciągu 12 tygodni powstała silniejsza, bardziej naturalna struktura kostna, bez oznak stanu zapalnego. HA zwiększał przyczepność komórek, ich proliferację i różnicowanie w osteoblasty, a antybiotykowa powłoka skutecznie hamowała rozwój bakterii.
Rusztowania były projektowane tak, aby stopniowo ulegały biodegradacji i były zastępowane przez nowo powstałą kość, co w dłuższej perspektywie zwiększa integrację z tkanką naturalną. Parametry takie jak powierzchnia kości, grubość kory czy moment bezwładności polarnej wskazywały na wyższą wytrzymałość i odporność na skręcanie kości.
Jak podkreślają specjaliści, nowa metoda daje możliwość drukowania implantów bezpośrednio w operowanym miejscu, nawet w przypadku nieregularnych ubytków. Zintegrowane podawanie antybiotyków może zredukować ryzyko infekcji pooperacyjnych, czyli jednej z głównych przyczyn niepowodzeń implantów. Urządzenie jest też szybsze i tańsze niż produkcja gotowych implantów, a kompozyt można dostosować do różnych materiałów biodegradowalnych lub dodatków farmakologicznych w zależności od potrzeb pacjenta.
