3D printanje ostvaruje regeneraciju slomljenih kostiju, što će revolucionirati regenerativnu medicinu

Poslednjih decenija medicinska nauka je napravila značajan napredak, pružajući inovativna rešenja za ranije teške bolesti. Objavljeno istraživanje pokazalo je da metoda korištenja 3D printanja za regeneraciju koštanog tkiva može revolucionirati regenerativnu medicinu.

Regenerativna medicina je grana medicinske nauke koja razvija terapije za zamjenu tkiva, organa i stanica oštećenih bolestima, defektima ili ozljedama. Ovo je potpuno nova oblast medicinske nauke od koje se očekuje da pomogne pacijentima sa bolestima i povredama koje je ranije bilo teško lečiti.

Nanostrukturirani bioaktivni materijali privukli su pažnju u ovoj oblasti zbog svojih regenerativnih sposobnosti. Oni repliciraju karakteristike prirodnih tkiva i imitiraju njihovu strukturu. Ovi napredni medicinski materijali mogu se obraditi i primijeniti pomoću 3D printanja i drugih tehnologija.

Regeneracija koštanog tkiva: važan medicinski napredak

Starenje može dovesti do progresivnih zdravstvenih problema. Bolesti kao što je osteoporoza javljat će se kako pacijenti stare, uzrokujući bol pojedincima i povećavajući teret medicinske skrbi. Tradicionalni tretmani uključuju presađivanje kostiju. Osim toga, druge metode ne mogu imitirati karakteristike i strukturu prirodnih tkiva. Iz tog razloga, razvijeno je nekoliko novih istraživačkih polja uključujući inženjering koštanog tkiva.

Područje inženjeringa koštanog tkiva uključuje razvoj biomimetičkih uređaja koji podržavaju rast kostiju i izazivaju regeneraciju. Napredni bioaktivni materijali se 3D štampaju u funkcionalne skele za upotrebu u tehnologiji inženjeringa koštanog tkiva.

Oni stupaju u interakciju s ciljnim tkivima i induciraju terapijske odgovore. Kompozitni materijal je baziran na kolagenu tipa 1 i hidroksiapatitu (koji se također često koristi u stomatologiji) jer su oni glavne komponente koštanog tkiva.

Kompozitni biomimetički materijal proizvodi osteopatski odgovor, koji inducira rast, proliferaciju, pa čak i diferencijaciju. To dovodi do regeneracije koštanog tkiva. Tehnologija 3D štampanja koja se najčešće koristi u proizvodnji materijala u oblasti inženjeringa koštanog tkiva je ekstruziono oblikovanje. To je zbog njegove svestranosti i skalabilnosti. Međutim, još uvijek postoji nekoliko ključnih izazova u proizvodnji robusnih i izdržljivih bioničkih materijala za primjenu regeneracije kostiju.

Promjene viskoziteta (A) i viskoelastičnih svojstava GEN-Coll/nanoHA (B) i GEN-Coll/MBG_Sr4% (C) na 10 °C

Goveđi kolagen tipa 1 je obećavajući materijal za regeneraciju oštećenog ili oboljelog koštanog tkiva. Ovi bioaktivni materijali sadrže funkcionalno bogate nanočestice i mogu se lako 3D štampati pomoću potporne kupke. Međutim, postoje određeni problemi s njihovom upotrebom. Teško ih je potpuno ukloniti nakon procesa štampanja, a sredstvo za umrežavanje koje se koristi za poboljšanje strukturalnog integriteta stenta će uzrokovati gubitak geometrijske jasnoće i djelomični kolaps odštampane strukture.

Potrebni su alternativni procesi da bi se prevazišla ograničenja ovih biomaterijala.

Sada je istraživački tim predložio metodu za izradu jačih i prikladnijih bioaktivnih materijala na bazi goveđeg kolagena, koji će pomoći u revoluciji u tehnologiji regeneracije ljudskog koštanog tkiva.

Proces opisan u radu ima za cilj poboljšanje svojstava formiranja goveđeg kolagena. Sredstvo za umrežavanje se dodaje u formulaciju za štampanje, a zatim se uklanja iz potporne kupke. Sredstvo za umrežavanje po izboru je genipin, koji poboljšava stabilnost kolagenske 3D štampane strukture skele pokretanjem in situ unakrsnog povezivanja.

Otopina koja se koristi za potpornu kupku je alginska kiselina. Istraživanja su pokazala da alginska kiselina održava 3D štampanu strukturu kolagenog materijala i lako se uklanja na 37 o C, što omogućava stabilnu obradu struktura sa geometrijskim strukturama visoke rezolucije. Metoda je razvijena korištenjem prethodno uspostavljenog protokola.

Nakon inkubacije od 3 sata i 24 sata na 37°C, izvršite test skeniranja amplitude (A, C) i temperaturnu rampu (B, D) na GEN-Col/nanoHA

Odaberite geometriju saća i mreže da biste procijenili mogućnost štampanja materijala. Izvedeno je nekoliko eksperimenata sa različitim parametrima kako bi se obezbijedio dobar nivo kontrole i omogućilo razumijevanje rezultata. Utjecaj svakog parametra na vjernost štampe i rezoluciju konačne strukture skele čini osnovu promjene.

Studija je zaključila da je ove parametre potrebno fino podesiti kako bi se postigli željeni rezultati jer su međusobno isprepleteni.

Vizuelna analiza štamparskog nosača potvrdila je da je procesom štampanja uspešno realizovana geometrijska reprodukcija. Nastaju jasne linije i rupe. Nakon liofilizacije, morfologija je analizirana pomoću FE-SEM, što je pokazalo da su nanočestice uspješno raspoređene u matriksu.

Ovi rezultati ukazuju da upotreba ovog procesa za 3D štampanje kolagenih materijala pokazuje dobre rezultate u regeneraciji koštanog tkiva.