عظام جذابة ثلاثية الأبعاد: مادة عظمية مفرطة المرونة لعيوب الجمجمة البلاستيكية

لدينا حوالي 205 منهم ، ويبلغ إجمالي وزنهم حوالي 5-6 كجم وكل 10 سنوات يتم تحديثها بالكامل على المستوى الخلوي. وهناك تعبير اصطلاحي يوضح أن كل شخص لديه في الخزانة. هذا ، بالطبع ، يدور حول الهيكل العظمي والعظام التي تتكون منها. تعد إصابة العظام واحدة من أكثر الإصابات شيوعًا في العالم. في بعض الأحيان ، لا تتطلب مثل هذه الإصابات علاجًا للعظام ، ولكن استبدالها. يرتبط زرع العظام بعدد من المخاطر التي يتعرض لها المريض ، بما في ذلك الألم اللاحق ، العدوى ، النزيف ، تلف الأنسجة المترافق ، إلخ.

يعتقد بعض العلماء أن المفتاح لنجاح زراعة العظام يكمن في استخدام العظام المطبوعة ، والتي ستكون مثالية لمريض معين وستكون خالية من العيوب. كيف قام العلماء بطباعة العظام ، وما الذي تم تطبيقه على ذلك ، وما هي النتائج التي أظهرتها عملية الزرع على الفئران؟ نتعرف على هذا من تقرير مجموعة الأبحاث. دعنا نذهب.

أساس الدراسة

طرق علاج إصابات العظام لم تتغير كثيرا منذ العصور القديمة. حتى أن العلماء قاموا بتحليل 36 هيكلًا عظميًا من البشر البدائي والتي أظهرت علامات الكسور. من بين هؤلاء ، يمكن اعتبار 11 علاجًا فقط من هذه الإصابات غير ناجحة.

ومع ذلك ، فإن مثل هذا النجاح في العلاج في جميع الأوقات لا ينطبق على جميع أنواع الكسور. تم علاج بعض الإصابات بنجاح ودون عواقب حتى مع وجود معدات طبية ومعرفة وتقنيات كافية.

في الوقت الحالي ، غالبًا ما تستخدم مواد التخليق الخرساني أو مواد alloplastic في زراعة العظام.

Allotransplantation * - عملية زرع الأعضاء من شخص لآخر (من فرد من نوع واحد لفرد من نفس النوع).

هذه الأساليب متقدمة جدًا ، لكن ليس كليًا. العيوب القحفية الوجهية (الأصل الخلقي أو الأورام أو الصدمة) معقدة للغاية. في مثل هذه الحالات ، هناك حاجة إلى عمليات زرع خاصة بمريض معين. لذلك ، لا يمكن أخذها من الجهة المانحة ، ولكن يجب تصنيعها. في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام رأب القحف ، ولكن لن يكون لعملية الزرع تجديد ولن تنمو مع العظام الأخرى للمريض. وتستخدم أيضا الإسفنج العظام ، مصفوفة العظام منزوعة المعادن ، ورقائق العظام الاصطناعية أو معجون العظام ، والتي تملأ منطقة الخلل. لكن هذه المواد ليست مسامية ولها مسامية محدودة. ولهذا السبب ، يتم تقليل هجرة الخلايا السطحية والأوعية الدموية (الأوعية الدموية) للخلايا ، مما قد يؤدي إلى التغليف * بدلاً من تكامل الأنسجة. نتيجة لذلك ، يزداد خطر الإصابة بشكل كبير.

التغليف * - تكوين كبسولة حول جسم غريب في الجسم.

يقترح الباحثون استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد ، لأن هذه الطريقة تسمح لك بإجراء عملية زرع غير مكلفة تتناسب بشكل مثالي مع عيب معين في مريض معين.

يلاحظ الباحثون أيضًا أنه في الطباعة ثلاثية الأبعاد الطبية الحيوية حتى الآن ، يوجد نقص في المواد عالية الأداء التي تجمع بين سهولة التصنيع والاستخدام في الطباعة والوظائف البيولوجية. وهذا يعني أنك تحتاج إلى إنشاء المواد الخاصة بك ، بشكل طبيعي.


عظم مفرط المرونة

واسم هذه المادة الجديدة هو "العظم المفرط المرونة" (مادة العظم المفرطة المرونة). يتم تصنيع هذه المادة العظمية العظمية عن طريق قذف في درجة حرارة الغرفة من هيدروكسيباتيت (صلبة ، 90 ٪ من الكتلة الكلية) وبولي (حمض الجليكوليك اللبنيك) (سائل ، 10 ٪ من الكتلة الكلية) إلى أشكال ثلاثية الأبعاد دون الحاجة إلى تلبد * ، علاج * أو أشكال أخرى من الاستقرار الفيزيائي والكيميائي.

Sintering * هي عملية تصنيع مواد صلبة ومسامية من قاعدة مسحوق ناعم في درجات حرارة مرتفعة و / أو ارتفاع الضغط.

Curing * هي عملية لا رجعة فيها لتحويل oligomers السائل و (أو) مونومرات إلى بوليمرات صلبة غير قابلة للذوبان وغير قابلة للذوبان.

يتمتع الإطار المطبوع ثلاثي الأبعاد الناتج بمرونة جيدة وامتصاص عالي. بالإضافة إلى ذلك ، يحفز الإطار تمايز العظم النقي * لنخاع العظم المشتق من الخلايا الجذعية الوسيطة البشرية دون إضافة المحفزات العظمية العظمية.

تمايز الخلايا * - عملية تشكيل النمط الظاهري للخلية التي تعرض وظائفها. مبالغا فيه ، وتوظيف الخلايا ، والتي لم يكن لديها سابقا المهنة بالضبط.

في الوقت نفسه ، لم يسبب عظم فرط المرونة استجابة سلبية مناعية ، وأصبح الوعائي ومتكاملًا مع الأنسجة المحيطة ، مما يدعم نمو العظم الجديد. الإنجاز الآخر هو القدرة على نقل الخلايا الجذعية الدهنية البشرية المنقولة من خلال عملية زرع مطبوعة.

بعد ذلك ، سوف نلقي نظرة فاحصة على نتائج الاختبار العملي. أجرى العلماء تحليلاً مقارناً للقدرة العظمية العظمية للعظام المفرط المرونة والمتغير التجاري (العظم الذاتي) مع عيوب الحجم الحرجة في الفئران. لكن أولاً ، حول الإعداد للتجربة وكيفية تصنيع مادة الاختبار والزرع.

تلف العظام المفرطة

كما نعلم بالفعل ، كان هيكل العظم المفرط المرونة من هيدروكسيباتيت وبولي (حمض الجليكوليك اللبنيك).


طابعة BioPlotter

تمت طباعة جميع العينات باستخدام طابعة BioPlotter لتصنيع EnvisionTEC. بلغت سماكة الألواح (5x5 سم) ، التي تتكون من 5 طبقات لكل منها 120 ميكرون ، ما مجموعه 0.6 ملم. بعد ذلك ، تم ضغط الفراغات المستديرة (قطرها 8 مم) من الأوراق باستخدام قالب خزعة. تم غسل الفراغات الناتجة وتعقيمها.


الصورة رقم 1: عملية تصنيع الزرع.

عملية الزرع

استخدمت فئران سبراغ داولي المختبرية ، ذكور يزن 500 جرام تقريبًا لكل منهم ، كمواضيع تجريبية.

خلال العملية ، كانت الموضوعات تحت التخدير العام (2 ٪ الأيزوفلورين / 100 ٪ الأكسجين). تم إجراء شق سهمي (1.5 سم) بين الغرز اللمفية والغرز التاجي لفضح الجمجمة. باستخدام مثقاب يدوي مع تريفين (إبرة مع مطحنة أو مثقاب لتشكيل ثقوب في الأنسجة الكثيفة) ، تم إنشاء عيب في الجمجمة الاصطناعية بقطر 8 ملم.

تم تقسيم الموضوعات إلى 4 مجموعات:

• 7 أفراد - مجموعة السيطرة السلبية (بدون زرع على العيب) ؛
• 6 أفراد - مجموعة مراقبة إيجابية (مع العظام الذاتية كزرع) ؛
• 6 أفراد - مجموعة الدراسة رقم 1 (مع إطار بولي (حمض جليكوليك الحليب) كغرس) ؛
• 10 أفراد - مجموعة الدراسة رقم 2 (مع عظم فرط المرونة كزرع).

بعد الزرع (مع أو بدونه) ، تم إغلاق السمحاق والجلد باستخدام خياطة قابلة للامتصاص ، وتم إعطاء مسكنات الألم للموضوعات التجريبية. تم حفظ الموضوعات في خلايا في اثنين. الوصول إلى الماء والطعام كان غير محدود.

تم تحليل عينات الجمجمة عن طريق التصوير المقطعي المحوسب. تم استخراج مجالات الاهتمام من عظام الجمجمة ، وضعت في الإيثانول بنسبة 70 ٪ وتم مسحها ضوئيا باستخدام التصوير المقطعي بالكمبيوتر الصغير. ثم ، باستخدام برنامج تحليل التصوير الطبي (Mimics Medical 19.0) ، فحص العلماء بمزيد من التفصيل مناطق الجمجمة حيث تم زرعها.

بعد التصوير المقطعي المحوسب الدقيق ، تم قطع العينات إلى نصفين لتحليلها النسيجي وتصورها باستخدام المجهر الإلكتروني المسح. تم إجراء تقييم لدرجة التجديد بعد 8 و 12 أسبوعًا.

والآن ننتقل مباشرة إلى نتائج الملاحظات.

نتائج البحوث

الصورة رقم 3 أ: الرمادي - مع عظم ذاتي ؛ أسود - بدون زرع ؛ الأزرق - مع زرع مصنوعة من بولي (حمض الجليكوليك الحليب) ؛ أحمر - مع عظم فرط المرونة.

توضح الصورة أعلاه ( 3 أ ) عمليات إعادة البناء ثلاثية الأبعاد لشعاع المخروط والتصوير المقطعي المحوسب. تم تحديد كمية الأنسجة العظمية التي تم تجديدها من خلال كمية العظم المعدني كجزء بسيط من إجمالي حجم الأنسجة ذات الاهتمام. تم تطبيع حجم العظام لكل جزء من الحجم الكلي للعظام مفرطة المرونة ، وبولي (حمض اللبنيك جليكوليك) ومجموعة السيطرة السلبية بالنسبة لحجم العظام لكل جزء من الحجم الكلي لمجموعة التحكم الإيجابية (مع العظام الذاتية). وبالتالي ، تم إجراء تحليل مقارن لمؤشرات الأداء لجميع خيارات الزرع.


الصورة رقم 3 ب

أظهرت شعاع مخروط والتصوير المقطعي المحوسب زيادة في كمية مصفوفة العظام المعدنية في عيوب تعامل مع يزرع العظام مفرطة المرونة ( 3B ).

وفقا لتصوير شعاعي مخروطي ، كان حجم العظم المعدني في حالة استخدام غرس عظمي مفرط المرونة 55.7 ٪ في 8 أسابيع و 57.0 ٪ في 12 أسبوعا من المراقبة. وفقا للتصوير المقطعي المحوسب ، 36.1 ٪ في الأسبوع 8 و 37.1 ٪ في الأسبوع 12 من الملاحظات. هذه هي البيانات قبل التطبيع.

بعد ذلك ، تم إجراء التطبيع لمؤشرات حجم العظم المعدني في حالة عمليات الزرع الذاتي. أصبح من الواضح الآن أن حجم التجدد باستخدام عظم فرط المرونة كان 95.6 ٪ و 82.0 ٪ (الأسبوع الثامن والثاني عشر من الملاحظة) من حجم مجموعة المراقبة الإيجابية (مع العظام الذاتية). وأسفرت التصوير المقطعي المحوسب الدقيق عن النتائج التالية: 74.2 ٪ و 64.5 ٪ (الأسبوع الثامن والثاني عشر من الملاحظات).

تبين أن استخدام بولي حصريًا (حمض الجليكوليك اللبنيك) كمواد للزرع غير فعال تمامًا: 16.6٪ و 22.5٪ (الأسبوع الثامن والثاني عشر من الملاحظة) لمجموعة المراقبة الإيجابية. ويؤكد عدم كفاءة هذه الطريقة أيضًا أن نتائجها لا تختلف اختلافًا كبيرًا عن نتائج مجموعة التحكم السلبية ، التي لم يكن لها أي غرسات على الإطلاق: 10.3٪ و 13.8٪ على التصوير المقطعي الشعاعي و 14.5٪ و 19.5٪ على التصوير المقطعي المحوسب الدقيق.

أظهرت مقارنة نتائج المادة الجديدة المختبرة (عظم فرط المرونة) مع نتائج مجموعة التحكم السالبة اختلافًا في حجم العظم المعدني بنسبة 7.81 مرة في 8 أسابيع و 5.75 مرة في 12 أسبوعًا لصالح عظم فرط المرونة.

وبالتالي ، من حيث حجم التجديد ، فإن استخدام عظم فرط المرونة يشبه عمليا استخدام بدائل الزرع التجارية ذات العظم الذاتي.


الصورة رقم 4: السهام - حافة المعيبة. نسيج ليفي ليفي. مولودية هي مكون الخلية الغشاء. ملحوظة: هو العظم الجديد.

أكد التحليل النسيجي المنفذ فقط بيانات شعاع المخروط والتصوير المقطعي المحوسب. حدد العلماء حواف العيوب ، وكان تكوين عظم جديد ملطخًا بشكل خاص بالايوزين لتحسين التصور.

في حالة المجموعة الضابطة السلبية ، لوحظ أن النسيج الليفي ، ولكن تكوين عظم جديد كان ضئيلاً (الصف العلوي في الصورة رقم 4). عينات من بولي (حمض الجليكوليك اللبنيك) لم تستطع أيضًا التفاخر بكمية كبيرة من العظام المشكلة حديثًا (الصف الثالث).

لكن العينات التي تم فيها تطبيق عظم فرط المرونة ، على العكس من ذلك ، أظهرت تكوين أنسجة العظم المعدنية على سطح حواف العيوب (الصف الرابع). في الأسبوع الثامن من الملاحظات ، في أماكن العيوب ، تظهر مكونات الأنسجة الليفية وخلايا الغشاء داخل الزرع ، وفي الأسبوع الثاني عشر ، يبدأ تكوين عظم جديد حول عناصر إطار الزرع.


الصورة رقم 5

وأخيرًا ، أظهر تحليل صور SEM (فحص مجهر الإلكترون) للعينات ذات العظم المفرط المرونة في 12 أسبوعًا من الملاحظة تشكيل اتصال خليوي وثيق للأنسجة مع المادة الموجودة داخل الزرع.

للتعرف أكثر تفصيلاً على الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بأن تنظر في تقرير العلماء .

خاتمة

في هذا العمل ، أظهر العلماء نوعًا جديدًا من المواد الحيوية العظمية التي تسمح بإنشاء غرسات لعلاج عيوب العظام. يسمي العلماء أهم ميزات بنات أفكارهم: سهولة الزرع ، سهولة التصنيع ، الكفاءة العالية ، انخفاض تكلفة الإنتاج وتخصيص الزرع لمريض معين.

العظم المفرط المرونة مرن للغاية ويمكن أن يتخذ الشكل الضروري أثناء عملية التصنيع وفي وقت الزرع ، مما يسهل هذه العملية إلى حد كبير. لا يمكن أن يتباهى زرع السيراميك والبوليمر والسيراميك بهذا.

ولكن حتى هذه ليست الميزة الأكثر أهمية. درجة عالية من تجديد العظام والبقاء على قيد الحياة زرع هو أكثر أهمية بكثير. بعد 4 أسابيع من الزرع ، تبدأ عملية نشطة لتمعدن العظام.

يلاحظ العلماء أيضًا أن هذه السرعة والكفاءة مهمة للغاية في حالة وجود عيوب كبيرة بما يكفي (كما تجلى ذلك أثناء التجارب العملية).

يمكن أن يؤدي استخدام هذه التقنية إلى تبسيط حياة كل من الأطباء والمرضى. فردية العلاج وسرعة الإنتاج والغرس والانتعاش السريع دون آثار جانبية - هذا إعلان ممتاز للتكنولوجيا الجديدة. في المستقبل ، يعتزم العلماء إجراء العديد من التجارب ، ودراسة بمزيد من التفصيل عملية التجديد وتحسين اختراعهم.

ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن وجود مثل هذه الابتكارات لا يعني أنه يمكنك كسر عظام اليسار واليمين. لذلك لا أحد ألغى قواعد السلامة.



شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ، خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من خوادم الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1 جيجابت في الثانية من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 مراكز) 10GB DDR4 240GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية حتى الصيف مجانًا عند الدفع لمدة ستة أشهر ، يمكنك طلب هنا .

ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ فقط لدينا 2 من Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6 جيجا هرتز 14 جيجا بايت 64 جيجا بايت DDR4 4 × 960 جيجا بايت SSD 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 199 دولار في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 سعة 2 جيجا هرتز 6 جيجا بايت 128 جيجا بايت ذاكرة DDR3 2x960GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 تيرابايت - من 99 دولارًا! اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟