إنشاء مادة حيوية للطباعة ثلاثية الأبعاد للعظام البشرية المؤقتة

طباعة عدة فقرات بشرية مؤقتة على طابعة ثلاثية الأبعاد. الصورة: Adam E. Jakus تم إجراء

محاولات لإنشاء مواد للطباعة ثلاثية الأبعاد للعظام البشرية المؤقتة (المواد الحيوية التنجيمية) بشكل متكرر. لسوء الحظ ، ما زالوا يعانون من عدد من أوجه القصور. من بينها - عدم القدرة على التكاثر بسرعة وبدقة لعظم جديد ، والتكلفة العالية والقدرات الإنتاجية المحدودة ، وتعقيد المعالجة أثناء العملية الجراحية.

مادة حيوية جديدةخالية من كل هذه العيوب. إذا نجحت جميع الاختبارات ، فسيتمكن الناس خلال بضع سنوات من الحصول على عظام اصطناعية قوية وفائقة المرونة ورخيصة والتي ستتحلل في الجسم لعدة سنوات (يتم استبدالها تدريجياً بأنسجة العظام الطبيعية). الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن عملية بثق مادة في درجة حرارة الغرفة ، نظريًا ، تسمح بطباعة العظام حتى على الطابعات المنزلية.

وفقًا للعلماء ، تتكون المادة الجديدة HB (من "العظام" المفرطة المرونة) من 90٪ بالوزن من هيدروكسيباتيت و 10٪ من بوليكابرولاكتون .

Hydroxylapatite Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ هو المكون المعدني الرئيسي للعظام البشرية الطبيعية. في معظم العظام ، تشكل حوالي 50 ٪ من الكتلة الإجمالية ، وفي مينا الأسنان - 96 ٪. في الطب ، تم استخدام نظير اصطناعي منذ فترة طويلة في علم الصدمات وجراحة العظام وجراحة العظام كمواد حشو تحل محل أجزاء من العظام المفقودة. في طب الأسنان ، يتم استخدامه أيضًا في معاجين الأسنان ، كعنصر إعادة تمعدن يقوي مينا الأسنان.

لكن بوليكابرولاكتون (PCL) غائب في المواد البيولوجية. هو بوليستر قابل للتحلل الحيوي يستخدم في الصناعة لإنتاج البولي يوريثين. مصنوعة منه أكياس قابلة للتحلل. في الطب ، يتم أيضًا استخدام PCL كمادة خياطة وكغرسة حرارية ذاتية الامتصاص للعمل لفترات طويلة (حشو) ، والتي لديها القدرة على تحفيز نمو الأنسجة الليفية وتجديد الحجم بسبب مكوناته الخاصة. يتم إطلاق العديد من الأجهزة اللوحية في كبسولات من PCL ، ويتم امتصاصها في الجسم. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام PCL في الطباعة ثلاثية الأبعاد الكبيرة كمواد للنماذج الأولية. لزج PCL يشبه في طبيعته راتينج طبيعي مثل gutta-percha .

أظهرت التجارب أنه يمكن طباعة العظام الاصطناعية من هذه التركيبة بسرعة في درجة حرارة الغرفة بسرعة تصل إلى 275 سم ³ / ساعة عن طريق البثق ، أي عن طريق إجبار ذوبان لزج من المواد أو عجينة سميكة من خلال فتحة تشكيل. لإنشاء خليط لزج ، يتم تحميله في الطابعة ، يتم استخدام مذيب خاص. يوضح طباعة راميل شاه ، المؤلف الرئيسي للورقة وقائد الفريق في جامعة نورثويسترن (الولايات المتحدة الأمريكية) ، أن

طباعة غرسة باستخدام طريقة بثق درجة حرارة الغرفة التقليدية هي ميزة كبيرة لأن الغرسات العظمية الأخرى يتم إنشاؤها في درجة حرارة عالية باستخدام الليزر. . استخدم الباحثون أنفسهم خلال التجارب طابعة متاحة تجاريًا.نظام 3D-Bioplotter المصنعة من قبل EnvisionTec. يمكن شراء هذا الجهاز بأسعار تتراوح من 250.000 دولار إلى 300.000 دولار.

بالطبع ، في المنزل ، ستكون هذه الطابعة باهظة الثمن للشراء. لكن كل مستشفى أو مركز جراحي يمكنه تحمله. من حيث المبدأ ، يمكن حتى للأفراد شراء دلو من هذه الطابعات وطباعة عظام جديدة لأنفسهم أو الحيوانات الأليفة إذا لزم الأمر (بالطبع ، من المستحسن استشارة جراح محترف لإجراء عملية جراحية).


EnvisionTEC 3D-Bioplotter

تظهر العظام الاصطناعية خصائص ميكانيكية جيدة: الضغط على الفشل (الضغط على الفشل) من 32٪ إلى 67٪ ، معامل مرن من 4 إلى 11 ميجا باسكال. وبالتالي ، فهي مادة مرنة ودائمة. كما يتميز بامتصاص عالي (المسامية 50٪) ، ويدعم قابلية الخلايا الحية للتكاثر. أظهرت الاختبارات أن المادة لا تتداخل مع تكوين خلايا النخاع العظمي من الخلايا الجذعية الوسيطة.

حتى الآن ، تم اختبار التوافق الحيوي HB فقط في حيوانات المختبر ، ولكن هذه التجارب كانت واعدة للغاية. لم تسبب الغرسات تحت الجلد في الفئران الرفض في غضون 7-35 يومًا. في الفئران ، تم تثبيت طعم عظمي في الجزء الخلفي الجانبي من العمود الفقري (الاندماج الشوكي الجانبي الخلفي) لمدة 8 أسابيع ، تم تسجيل تكوين أنسجة عظمية جديدة. أجرى أيضا تجربة على الرئيسيات مع تلف الجمجمة (4 أسابيع).

خلال جميع التجارب ، لم يسبب HB استجابة مناعية سلبية. في الوقت نفسه ، لوحظ توعية الأوعية الدموية الطبيعية (تكوين الأوعية الدموية) ، حيث اندمج العظم الصناعي بسرعة في الأنسجة المحيطة ، وسرعان ما أصبح متحجرًا ودعم نمو الأنسجة العظمية الجديدة دون تدخل إضافي. من المفترض أنه مع حدوث التحلل البيولوجي للمادة ، سيتم شغل مكانها عن طريق أنسجة العظام الطبيعية الحية مع الأوعية الدموية.

من المهم أن نلاحظ أنه ، على الرغم من قوتها ومرونتها ، فإن المادة الجديدة ليست هشة وليست هشة ، مثل العديد من الغرسات الأخرى. أي أن الجراح يمكن أن يقطع قطعة من العظم الاصطناعي دون تكوين شظايا - وهذه مشكلة شائعة مع الغرسات الأخرى.

يأمل الباحثون في الحصول على إذن لبدء تجارب بشرية في غضون خمس سنوات. لا توجد حاليًا مواد طباعة ثلاثية الأبعاد معتمدة من السلطات التنظيمية في الولايات المتحدة كمواد عظام متجددة. قد يكون HB الأول. نُشر

العمل العلمي في 28 سبتمبر 2016 في مجلة Science Translational Medicine (doi: 10.1126 / scitranslmed.aaf7704).

Source: https://habr.com/ru/post/ar398027/