Zdravie

Zoznámte sa: Kosti z 3D tlačiarní so správnou kombináciou prísad

"Zmes prírodných a umelo vytvorených materiálov funguje najlepšie. "

Zuzana Lobotková, 3. júna 2016 12:00 Ak chcete vytvoriť dobrý základ na doplnenie chýbajúcich kostí, treba zmiešať aspoň 30 percent práškovej prírodnej kosti so špeciálnym plastom. 3D tlačiareň sa potom postará o zvyšok. Práve lekári označujú tento postup za cestu k úspechu.

Každý rok vrodené vady, úrazy alebo chirurgické zákroky spôsobia, že asi 200 000 ľudí potrebuje náhradné kosti hlavy alebo tváre. Zatiaľ najúspešnejšia liečba si vyžiadala odstránenie časti lýtkovej kosti pacienta, ktorá nenesie významnú časť váhy, jej zmenu do požadovaného tvaru a implantovanie na správnom mieste. Ale podľa doktora Warrena Graysona, docenta biomedicínskeho inžinierstva na Johns Hopkins University School of Medicine, tento postup vytvoril traumu nohy, ale ani nedosiahol potrebnú kvalitu, keďže kosť sa nedala dostatočne jemne zasadiť do tváre.

Tvár z tlačiarne?

To viedlo k myšlienke začať používať 3D tlač alebo takzvanú aditívnu výrobu, ktorá vytvára trojrozmerné predmety z digitálneho počítačového súboru hromadením po sebe idúcich, ultratenkých vrstiev materiálov na seba.

Proces vyniká tým, že vznikajú extrémne presné konštrukcie - vrátane tých anatomicky presných - z plastu. Ale bunky umiestnené na plastové skelety potrebujú nejaké inštruktážne narážky, aby sa stali kostnými bunkami. Ideálne je mať ďalšiu kosť, tie však prirodzene nerastú presne do požadovaných tvarov.

Vo svojich experimentoch Grayson a jeho tím stanovili, že treba, aby sa kompozitný materiál, ktorý by spojil silu a tvarovateľnosť plastu s biologickou informáciou obsiahnutou v prírodnej kosti. Začali sa polykaprolaktónom (PCL - biologicky odbúrateľný polyester používaný na výrobu polyuretánu, ktorý bol schválený pre iné klinické použitie). PCL sa topí pri teplote 80 až 100 stupňov Celzia, čo je menej než väčšina plastov, takže je dobrý do styku s biologickými materiálmi, ktoré môžu byť poškodené pri vyšších teplotách.

PCL je tiež pomerne silná hmota, ale z predchádzajúcich štúdií vedci vedeli, že na tvorbu novej kosti úplne nestačí. Takže to zmiešali s rastúcim množstvom kostného prášku vyrobeného z poréznej kosti vo vnútri kravských kolien. Kostný prášok obsahuje štruktúrne proteíny natívne k telu a s rastovým faktorom, čo pomáhajú nezrelým kmeňovým bunkám dozrievať do kostných buniek. Drsnosť PCL navyše pomáha bunke posilniť priľnavosť a posilňuje posolstvo rastových faktorov.

Ten správny mix

Prvý test kompozitných materiálov bol zameraný na ich tlačiteľnosť. Päť, tridsať a sedemdesiat percent kostnej práškovej zmesi fungovalo dobre, ale 85 percent kostného prášku znamenalo príliš málo PCL „lepidlo“. A tak bolo upustené od ďalších experimentov. Vedci poznamenali, že to bolo ako čokoládový koláčik s príliš veľa čokolády.

Výskumníci teda pridali telesný tuk z kmeňových buniek odobraných počas liposukcie. Po troch týždňoch bunky so 70 percentami kostného prášku ukázali génovú aktivitu niekoľko stokrát vyššiu v troch génoch indikujúcich tvorbu kosti, v porovnaní s bunkami pestovanými na čisto PCL základe. Bunky s 30 percentami prášku ukázali veľké, ale menej pôsobivé zvýšenie v rovnakých génoch. Potom, čo vedci pridali kľúčovú zložkou beta-glycerofosfát do zmesi buniek, ktoré umožňujú ich enzýmom ukladať vápnik, primárny minerál v kostiach, 70-percentná zmes mala dvakrát toľko vápnika ako čisto PCL základ.

A konečne, tím otestoval svoje konštrukcie u myší s pomerne veľkými otvormi v ich lebečných kostiach. Myši, ktoré dostali implantáty z kmeňových buniek, mali nový rast kostí v otvore v priebehu 12 týždňov. A CT vyšetrenie ukázalo, že aspoň 50 percent viac kostných buniek narástlo okolo implantátov, ktoré obsahujú 30 až 70 percent prášku z kosti, v porovnaní s čistými PCL kosťami.

Hoci použitie „decelularizovanej“ kravskej kosti bol schválený pre klinické použitie, vedci dúfajú, že v ďalších štúdiách otestujú prášok vyrobený z ľudskej kosti, pretože sa viac používa klinicky. Chcú tiež experimentovať s dizajnom interiéru vytlačenej konštrukcie, aby bola menej geometrická a prirodzenejšia. Majú v pláne testovať prísady, ktoré podporujú nové cievy, aby infiltrovali vytlačenú kosť, čo bude nevyhnutné pre hrubšie kostné implantáty, aby prežili.

Zdroj: sciencedaily.com

ODPORÚČAME AJ:
Štyri najčastejšie príčiny bolesti kĺbov
Včasnou prevenciou sa dá predísť rakovine kože
TV REPORTÁŽ: Ľudia si diagnózy vyhľadávajú online
Máte v sebe fontánu mladosti?

Komentáre