Artipisyal na mga Buto: Ang Pinakabagong sa Pagpi-print ng 3-D

Ang mga siyentipiko ay may ilang mga kagiliw-giliw na balita tungkol sa mga pagsulong sa mga tao "ekstrang bahagi. "

Sa lalong madaling panahon posible na palitan ang nasira na mga buto ng tao na may sintetiko, na-customize na mga buto na nilikha sa isang printer na 3-D.

AdvertisementAdvertisement

Ang "hyperelastic" na buto ay gagawing may "tinta" na ginawa mula sa natural na kaltsyum na matatagpuan sa buto ng tao.

Sa isang makabuluhang pagsulong sa mga kasalukuyang pamamaraan, sinabi ng mga siyentipiko na ang mga pasadyang nakalimbag na mga buto ay maaaring mabilis na magbuod ng pagbabagong-buhay ng buto at paglago.

Iyon ay maaaring gawing epektibo ang medikal na mga pamamaraan, mas masakit, at mas matagal.

Maaaring kabilang sa mga application ang pagkumpuni ng craniofacial, dental, panggulugod, at iba pang mga pinsala sa botika at sports.

Inilathala ng mga siyentipiko sa Northwestern University ang kanilang mga natuklasan noong nakaraang buwan sa journal Science Translational Medicine.

AdvertisementAdvertisement

Magbasa nang higit pa: Malapit na i-print ng mga dentista ang 3-D antibacterial na ngipin »

Pagtulong sa mga bata

Ramille Shah, Ph. D., na namuno sa pangkat ng pananaliksik, ay isang katulong na propesor ng mga materyales sa agham at engineering sa Northwestern's McCormick School of Engineering, at isang assistant professor of surgery sa Feinberg School of Medicine ng Northwestern.

Shah ay naglalarawan ng hyperelastic bone bilang "isang napaka-maraming nalalaman, paglago kadahilanan-libre, osteoregenerative, scalable, at surgically friendly na biomaterial. "

Ang mga siyentipiko ay lumikha ng hyperelastic bone upang maisagawa ang isang spinal fusion sa isang daga at upang ayusin ang isang depekto ng bungo sa unggoy ng rhesus. Ang mga pagsubok sa hayop ay magpapatuloy.

Naniniwala ang Shah at ang kanyang koponan na ang mga pagsubok ng tao sa kanilang sintetikong buto ay maaaring magsimula sa loob ng limang taon.

AdvertisementAdvertisement

Shah, na namuno sa Shah Tissue Engineering at Additive Manufacturing Lab sa Northwestern, sinabi sa isang interbyu sa Healthline na ang layunin ng kanyang pangkat ng mga siyentipiko at mga clinician ay "upang bumuo ng isang 3-D na maaaring i-print na biomaterial para sa bone tissue pagbabagong-buhay sa mga bata. "

Ang mga pasyenteng pediatric na nagdurusa sa mga depekto sa buto mula sa trauma o kapanganakan ay maaaring makinabang ng makabuluhang mula sa teknolohiyang ito.

"Ang mga kasalukuyang surgeon na ginagamit ng mga surgeon para sa mga depekto sa craniofacial ay mga metal plate at screws, at mga polymers, ngunit hindi mga degradable, para sa facial work," sabi ni Shah. "Ang pangunahing paraan ngayon ay kumuha ng mga piraso ng buto mula sa mga buto o hips ng pasyente at gumawa ng isang 'auto-graft' - hugis ng mga piraso upang magkasya ang depektong puwang na gusto nilang maghugis nang muli. Ngunit ang pamamaraang ito ay maaaring maging sanhi ng mga problema sa ibang lugar sa katawan. Ang mga auto-graft ay ginagamit lalo na sa mga bata, dahil ayaw mong gumamit ng 'mga banyagang katawan' sa mga pasyenteng pediatric. "

Ang pagtitistis ng pagtula ng buto ay masakit at kumplikado para sa mga bata, sinabi niya. Ang pag-aani ng buto para sa isang auto-graft ay maaaring humantong sa iba pang mga komplikasyon at sakit.Minsan ginagamit ang mga metal implant, ngunit hindi ito permanenteng pag-aayos para sa mga lumalaking bata.

"Ang mga matatanda ay may higit pang mga pagpipilian pagdating sa mga implant," sabi ni Shah. "Ang mga pasyente ng pediatric ay hindi. Kung bibigyan mo sila ng isang permanenteng implant, kailangan mong gumawa ng mas maraming surgeries sa hinaharap habang lumalaki sila. Maaari silang harapin ang mga taon ng kahirapan. "

AdvertisementAdvertisement

Magbasa nang higit pa: 3-D na gamot: I-print na ngayon ng iyong parmasya ang iyong reseta»

Ang mga tamang ingredients

Ang bahagi ng natural na buto ay mahalaga sa tagumpay.

Ang pangunahing bumubuo ng biomaterial ng Shah ay hydroxyapatite, isang pospeyt ng kaltsyum na siyang pangunahing elemento ng estruktura (90 porsiyento sa timbang) ng natural na vertebrate bone.

Ang Shah at ang kanyang mga kasamahan ay naghahalo ng 90 porsiyento hydroxyapatite na may 10 porsiyento na biocompatible, biodegradable medikal na polimer sa isang solvent na gumagawa ng texture na mas katulad ng isang likido kaysa sa isang solid.

"Ang pagkakapare-pareho ay tulad ng kola ni Elmer," sabi ni Shah.

AdvertisementAdvertisement

Ang timpla ay tinatawag na "tinta" sapagkat ito ay ginagamit sa isang printer na 3-D.

Sa sandaling ang pagpilit ay napapalabas, ang pangunahing solvator ay agad na bumababa at pinapalakas ang materyal. Ang istraktura ng materyal ay puno ng buhangin at maaaring magamit sa temperatura ng kuwarto.

"Ang mataas na porosity ay kritikal dahil ang mga selyula at mga vessel ng dugo ay dapat na lumusot sa estruktural na plantsa upang mapahusay ang integrasyon ng tissue," pahayag ni Shah.

Bilang karagdagan, ang mataas na konsentrasyon ng hydroxyapatite ay lumilikha ng isang kapaligiran na nagpapahina ng mabilis na pagbabagong-buhay ng buto.

"Ang [hyperelastic bone] ay dinisenyo upang pababain ang sarili at baguhin ang natural na buto, at samakatuwid ay maaaring lumaki kasama ang pasyente," sabi ni Shah. "Tinatanggal nito ang pangangailangan para sa mga operasyon sa hinaharap, tulad ng ginagawa sa mga metal plate o implant. "

Magbasa nang higit pa: Mga mananaliksik na natuklasan ang paraan upang i-print ang tisyu ng tao»

Ang maraming nalalaman produkto

Hyperelastic buto ay maraming nalalaman at maaaring ma-print sa iba't ibang mga lakas.

Kabilang dito ang mataas na nababaluktot na mga buto, ang mga maaaring tumagal ng makabuluhang mga naglo-load pati na rin ang mga mas guwang o siksik. Ang mga mekanikal na katangian ay tinutukoy ng arkitektura ng naka-print na bagay na 3-D, sinabi ni Shah.

Ang gawa ng tao na buto ay maaaring ipasadya para sa bawat pasyente.

Ang iba't ibang mga application ay may kasamang pag-aayos para sa mga bali ng spine, sports medicine injuries, at ACL at rotator cuff injuries na nangangailangan ng soft-tissue-to-bone healing, sinabi ni Shah.

Sa craniofacial at dental applications, at para sa facial deformities, ang kapalit na buto ay maaaring i-print "upang lubos na magkasya ang simetrya at anatomya ng pasyente, lalo na sa mga kaso kung saan mayroong isang aesthetic component na mahalaga sa pasyente na kinalabasan," sabi niya..

"Ang materyal ay lubhang nababanat, masyadong, at ang mga siruhano ay maaaring manipulahin ito," sabi ni Shah. "Ang mga materyales na magagamit ngayon ay napaka-kakayahang umangkop, at hindi mahirap i-cut at hugis. Nang marinig ito ng mga siruhano, natuwa sila. "

Magbasa nang higit pa: Pamumuhay sa isang artipisyal na pancreas machine»

Mahalaga sa ulo, mga operasyon ng mukha

Ang mga katangian ng hyperelastic bone ay partikular na napakahalaga sa pagkumpuni ng mga buto sa ulo at mukha.

"Sa craniofacial defects, maaari kaming lumikha ng isang bagay na nag-aayos o sumasaklaw sa depekto, na nagpapahintulot sa amin na mapanatili ang facial symmetry," sabi ni Shah. 'Maaari naming i-print ang isang bagay na tiyak na pasyente. Ang materyal ay pupunta sa pamamagitan ng plantsa. Mahalaga ito, dahil kung wala kang mga vessel ng dugo sa loob ng depekto, maaari kang magkaroon ng tissue necrosis [tissue death]. Sa plantsa, ang mga cell ay magdeposito ng bagong buto. Sa mga permanenteng implant, kailangan mong palitan ang mga ito sa paglipas ng panahon. Ang bagong materyal na ito ay lumalaki sa pasyente at hindi lumalabag. "

Maaaring maidagdag ang antibiotics upang kontrolin ang impeksiyon.

Ang mga mananaliksik ay gumagawa ng 3-D na proseso ng pagpi-print sa temperatura ng kuwarto, na nagpapahintulot sa kanila na magdagdag ng iba pang mga elemento, tulad ng antibiotics, sa tinta.

"Maaari nating isama ang mga antibiotics upang mabawasan ang posibilidad ng impeksiyon pagkatapos ng operasyon," sabi ni Shah. "Maaari rin naming pagsamahin ang tinta sa iba't ibang uri ng mga kadahilanan ng paglago, kung kinakailangan, upang mapahusay ang pagbabagong-buhay. Ito ay talagang isang multifunctional na materyal. "

Magbasa nang higit pa: Posible ba ang mga transplant ng ulo … at etikal? »

Personalized replacements

Mga Surgeon gamit ang sintetiko materyal ng Shah ng sapi ay magagawang i-scan ang katawan ng pasyente at lumikha ng personalized na kapalit na buto sa isang 3-D printer.

Ang nababaluktot na mga katangian ng mekaniko ng biomaterial ay nagbibigay-daan sa mga manggagamot na madaling i-cut at hugis ito sa laki sa panahon ng operasyon. Hindi lamang ito ang mas mabilis, sinabi ni Shah, ngunit hindi rin masakit kumpara sa paggamit ng auto-graft material.

Noong nagsimula siyang magsaliksik sa 2009, tinanggap ni Shah ang pagpopondo ng start-up ng guro at may patuloy na suporta mula sa National Institutes of Health (NIH).

Umaasa siya na makakuha ng pondo ng gobyerno at korporasyon, at kamakailan ay nagtatag ng isang start-up enterprise sa Northwestern upang galugarin ang mga aplikasyon para sa kanyang trabaho.

Shah umasa sa isang araw kapag "ang oras ng turnaround para sa isang implant na nagdadalubhasang para sa isang customer ay maaaring sa loob ng 24 na oras. Na maaaring baguhin ang mundo ng craniofacial at ortopedik na operasyon, at, inaasahan ko, mapapabuti ang resulta ng pasyente. "