Tulang tiruan: Yang terbaru dalam percetakan 3-D

Para saintis mempunyai beberapa berita menarik tentang kemajuan dalam "alat ganti" manusia. "

Tidak lama kemudian, mungkin untuk menggantikan tulang manusia yang rosak dengan tulang sintetik yang disesuaikan dengan pencetak 3-D.

AdvertisementAdvertisement

Ini "hiperelastik" tulang akan dihasilkan dengan "dakwat" yang dibuat dari kalsium semula jadi yang terdapat dalam tulang manusia.

Dalam kemajuan yang ketara ke atas kaedah semasa, para saintis mengatakan bahawa tulang yang diperibadikan dengan cepat dapat mendorong pertumbuhan dan pertumbuhan tulang.

Itu boleh membuat prosedur perubatan lebih berkesan, kurang menyakitkan, dan tahan lama.

Iklan

Aplikasi boleh termasuk pembaikan craniofacial, gigi, tulang belakang, dan lain-lain kecederaan tulang dan sukan.

Para saintis di Northwestern University menerbitkan penemuan mereka bulan lepas dalam jurnal Science Translational Medicine.

AdvertisementAdvertisement

Baca lagi: Doktor gigi akan segera mencetak gigi antibakteria 3-D »

Membantu kanak-kanak

Ramille Shah, Ph.D D. yang mengetuai pasukan penyelidikan, adalah seorang penolong profesor sains dan kejuruteraan bahan di Northwestern's McCormick School of Engineering, dan pembantu profesor pembedahan di Sekolah Perubatan Feinberg Northwestern.

Shah menggambarkan tulang hiperelastik sebagai "biomas bahan yang bebas, serba boleh, bersisik, dan bebas daripada pembedahan yang sangat fleksibel. "

Ahli sains mencipta tulang hiperelastik untuk melakukan gabungan tulang belakang di tikus dan membaiki kecacatan tengkorak dalam monyet rhesus. Perbicaraan haiwan akan diteruskan.

Shah dan pasukannya percaya percubaan manusia tulang sintetik mereka boleh bermula dalam tempoh lima tahun.

AdvertisementAdvertisement

Shah, yang mengetuai Kejuruteraan Shah Tissue dan Lab Manufacturing Additives di Northwestern, berkata dalam temu ramah Healthline bahawa matlamat pasukan saintis dan doktornya adalah "untuk membangunkan biomaterial 3-D dicetak untuk tisu tulang penjanaan semula pada kanak-kanak. "

Pesakit pediatrik yang mengalami kecacatan tulang daripada trauma atau kelahiran boleh mendapat manfaat dengan ketara daripada teknologi ini.

"Pakar bedah bahan yang digunakan untuk kecacatan craniofacial adalah plat logam dan skru, dan polimer, tetapi tidak boleh degradasi, untuk kerja muka," kata Shah. "Cara utama sekarang ialah mengambil tulang dari tulang rusuk atau pinggul pesakit dan melakukan 'auto-graft' - membentuk kepingan-kepingan itu supaya sesuai dengan ruang kecacatan yang mereka mahu membentuk semula. Tetapi kaedah ini boleh menyebabkan masalah di tempat lain di dalam badan. Auto-graf digunakan terutamanya dengan kanak-kanak, kerana anda tidak mahu menggunakan 'badan-badan asing' dalam pesakit pediatrik. "

Iklan

Pembedahan implan tulang menyakitkan dan rumit untuk kanak-kanak, katanya. Penuaian tulang untuk auto-graft boleh membawa kepada komplikasi dan kesakitan yang lain.Implan metalik kadang-kadang digunakan, tetapi ini bukan masalah tetap untuk kanak-kanak yang semakin meningkat.

"Dewasa mempunyai lebih banyak pilihan ketika datang ke implan," kata Shah. "Pesakit pediatrik tidak. Sekiranya anda memberi mereka implan kekal, anda perlu melakukan lebih banyak pembedahan pada masa akan datang semasa mereka berkembang. Mereka mungkin berhadapan dengan kesulitan bertahun-tahun. "

IklanAdvertisement

Baca lebih lanjut: 3-D ubat: Farmasi anda akan mencetak preskripsi anda»

Bahan yang betul

Komponen tulang semulajadi adalah penting untuk berjaya.

Penyusun utama biomaterial Shah adalah hidroksiapatit, fosfat kalsium yang merupakan elemen struktur utama (90 peratus mengikut berat) tulang vertebrata semulajadi.

Iklan

Shah dan rakan-rakannya menggabungkan 90 peratus hidroksiapatit dengan 10 peratus polimer perubatan biokompatibel, biodegradable dalam pelarut yang membuat tekstur lebih cair daripada pepejal.

"Konsistensi itu seperti gam Elmer," kata Shah.

AdvertisementAdvertisement

Campuran ini dipanggil "dakwat" kerana ia digunakan dalam pencetak 3-D.

Setelah campuran diekstrusi, pelarut utama segera menguap dan menguatkan bahan. Struktur bahan itu berliang dan boleh digunakan pada suhu bilik.

"Keliangan tinggi adalah kritikal kerana sel dan saluran darah mesti menyusup perancah struktur untuk meningkatkan integrasi tisu," jelas Shah.

Selain itu, kepekatan hydroxyapatite yang tinggi menghasilkan persekitaran yang mendorong pertumbuhan semula pesat pesat.

"[Hyperelastic bone] direka untuk merendahkan dan merombak semula jadi tulang semula jadi, dan oleh itu boleh tumbuh dengan pesakit," kata Shah. "Ini menghilangkan keperluan pembedahan masa depan, seperti yang dilakukan dengan plat logam atau implan. "

Baca lebih lanjut: Para penyelidik menemui cara untuk mencetak tisu manusia»

Produk serbaguna

Hormon hyperelastic adalah serba boleh dan boleh dicetak dalam pelbagai kekuatan.

Ini termasuk tulang yang sangat elastik, yang boleh menahan beban yang ketara serta yang lebih berongga atau padat. Sifat-sifat mekanik ini ditentukan oleh seni bina objek bercetak 3-D, kata Shah.

Sintetik sintetik boleh disesuaikan untuk setiap pesakit.

Pelbagai aplikasi termasuklah pembaikan bagi patah tulang belakang, kecederaan perubatan sukan, dan kecederaan ACL dan alat pemutar yang memerlukan penyembuhan lembut kepada tisu, kata Shah.

Dalam aplikasi craniofacial dan pergigian, dan untuk kecacatan wajah, tulang penggantian boleh dicetak "sesuai dengan simetri dan anatomi pesakit, terutamanya dalam kes-kes di mana terdapat komponen estetik yang penting untuk hasil pesakit," katanya..

"Bahannya sangat elastik, dan pakar bedah dapat memanipulasinya," kata Shah. "Bahan yang ada sekarang sangat fleksibel, dan tidak sukar untuk dipotong dan dibentuk. Apabila pakar bedah mendengar tentang ini, mereka sangat teruja. "

Baca lebih lanjut: Hidup dengan mesin pankreas tiruan»

Penting di kepala, pembedahan muka

Sifat-sifat tulang hiperelastik sangat penting dalam membaiki tulang di kepala dan muka.

"Dalam kecacatan craniofacial, kita boleh membuat objek yang membetulkan atau merangkumi kecacatan, yang membolehkan kita mengekalkan simetri muka," kata Shah. 'Kita boleh mencetak sesuatu yang bersifat pesakit. Bahan ini akan melalui perancah. Ini penting, kerana jika anda tidak mempunyai pembuluh darah dalam kecacatan, anda boleh mempunyai nekrosis tisu [kematian tisu]. Dalam perancah, sel-sel akan menyimpan bahan tulang baru. Dengan implan kekal, anda perlu menggantikannya dari masa ke masa. Bahan baru ini tumbuh dengan pesakit dan tidak memudaratkan. "

Antibiotik boleh ditambah untuk mengawal jangkitan.

Para penyelidik melakukan proses percetakan 3-D pada suhu bilik, yang membolehkan mereka menambah unsur-unsur lain, seperti antibiotik, ke dakwat.

"Kami boleh menggabungkan antibiotik untuk mengurangkan kemungkinan jangkitan selepas pembedahan," kata Shah. "Kami juga boleh menggabungkan dakwat dengan pelbagai jenis faktor pertumbuhan, jika diperlukan, untuk mempertingkatkan pertumbuhan semula. Ia benar-benar bahan pelbagai fungsi. "

Baca lebih lanjut: Adakah pemindahan kepala mungkin … dan beretika? »

Penggantian peribadi

Pakar bedah menggunakan bahan tulang sintetik Shah akan dapat mengimbas badan pesakit dan membuat tulang gantian peribadi pada pencetak 3-D.

Ciri-ciri mekanikal fleksibel bahan biologi membenarkan doktor mudah memotong dan membentuknya pada saiz semasa prosedur pembedahan. Bukan sahaja ini lebih cepat, Shah berkata, tetapi juga kurang menyakitkan berbanding menggunakan bahan auto-graft.

Ketika dia memulakan penyelidikannya pada 2009, Shah menerima pembiayaan fakulti dan telah mendapat sokongan berterusan dari Institut Kesihatan Nasional (NIH).

Beliau berharap untuk mendapatkan pembiayaan kerajaan dan korporat, dan baru-baru ini menubuhkan perusahaan permulaan di Northwestern untuk meneroka permohonan untuk karyanya.

Shah menantikan satu hari apabila "masa pemulihan bagi implan yang khusus untuk seorang pelanggan boleh dalam masa 24 jam. Itu boleh mengubah dunia pembedahan craniofacial dan ortopedik, dan, saya harap, akan meningkatkan hasil pesakit. "