Biomaterial creado para la impresión 3D de huesos humanos temporales.

Varias vértebras humanas temporales impresas en una impresora 3D. Foto: Adam E. Jakus

Se han realizado intentos para crear materiales para la impresión 3D de huesos humanos temporales (biomateriales osteorregenerativos) en repetidas ocasiones. Desafortunadamente, todavía sufren una serie de deficiencias. Entre ellos, la incapacidad de reproducir de manera rápida y precisa un hueso nuevo, el alto costo y las capacidades de producción limitadas, la complejidad del procesamiento durante una operación quirúrgica.

Nuevo biomaterialdesprovisto de todas estas deficiencias. Si todas las pruebas son exitosas, en unos pocos años las personas podrán obtener huesos artificiales fuertes, superelásticos y baratos que se biodegradarán en el cuerpo durante varios años (son reemplazados gradualmente por tejido óseo natural). Lo más interesante es que el proceso de extrusión de un material a temperatura ambiente, en teoría, permite la impresión de huesos incluso en impresoras domésticas.

Según los científicos, el nuevo material HB (del "hueso" hiperelástico) consiste en 90% en peso de hidroxiapatita y 10% de policaprolactona .

La hidroxilapatita Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ es el principal componente mineral de los huesos humanos naturales. En la mayoría de los huesos, representa aproximadamente el 50% de la masa total, y en el esmalte dental, el 96%. En medicina, un análogo sintético se ha utilizado durante mucho tiempo en traumatología, ortopedia y cirugía ósea como relleno que reemplaza partes del hueso perdido. En odontología, también se usa en pastas dentales, como un elemento remineralizante que fortalece el esmalte dental.

Pero la policaprolactona (PCL) está ausente en los materiales biológicos. Es un poliéster biodegradable utilizado en la industria para la producción de poliuretanos. Las bolsas biodegradables están hechas de él. En medicina, la PCL también se usa como material de sutura y como implante térmico autoabsorbente de acción prolongada (relleno), que tiene la capacidad de estimular el crecimiento de tejido fibroso y reponer el volumen debido a sus propios componentes. Muchas tabletas se liberan en cápsulas de PCL, se absorben en el cuerpo. Además, PCL se utiliza en la impresión 3D en masa como material para la creación de prototipos. La PCL viscosa es similar en naturaleza a una resina natural como la gutapercha .

Los experimentos han demostrado que los huesos artificiales de esta composición pueden imprimirse rápidamente a temperatura ambiente con una velocidad de hasta 275 cm ³ / h por extrusión, es decir, forzando una fusión viscosa de material o pasta espesa a través de un orificio de formación. Para crear una mezcla viscosa, que se carga en la impresora, se usa un solvente especial.

La impresión del implante con el método tradicional de extrusión a temperatura ambiente es una gran ventaja porque otros implantes óseos se crean a alta temperatura con láser, explica Ramille Shah, autora principal del artículo y líder del equipo en la Universidad Northwestern (EE. UU.) . Los propios investigadores durante los experimentos utilizaron una impresora disponible comercialmente.Sistema de bioplotter 3D fabricado por EnvisionTec. Este dispositivo se puede comprar a precios que van desde $ 250,000 a $ 300,000.

Por supuesto, en el hogar, tal impresora sería una compra demasiado cara. Pero cada hospital o centro quirúrgico puede permitírselo. En principio, incluso los particulares pueden comprar un cubo de impresoras de este tipo e imprimir huesos nuevos para ellos o sus mascotas si es necesario (por supuesto, es aconsejable consultar a un cirujano profesional para una operación).


EnvisionTEC 3D-Bioplotter

Los huesos artificiales demuestran buenas propiedades mecánicas: tensión a falla (tensión a falla) del 32% al 67%, módulo elástico de 4 a 11 MPa. Por lo tanto, es un material elástico y duradero. También se caracteriza por una alta capacidad de absorción (porosidad del 50%), apoya la viabilidad y la proliferación de las células vivas. Las pruebas han demostrado que el material no interfiere con la formación de células de médula ósea a partir de células madre mesenquimales.

Hasta ahora, la biocompatibilidad de HB se ha probado solo en animales de laboratorio, pero estos experimentos han sido muy prometedores. Los implantes subcutáneos en ratones no causaron rechazo dentro de los 7-35 días. En ratas, se instaló un injerto óseo en la parte posterolateral de la columna vertebral (fusión espinal posterolateral) durante 8 semanas, se registró la formación de tejido óseo nuevo. También realizó un experimento en el primate con daños en el cráneo (4 semanas).

Durante todos los experimentos, HB no causó una respuesta inmune negativa. Al mismo tiempo, se observó una vascularización normal (formación vascular), el hueso artificial se integró rápidamente en los tejidos circundantes, se osificó rápidamente y apoyó el crecimiento de nuevo tejido óseo sin intervención adicional. Se supone que, a medida que se produce la biodegradación del material, su lugar estará ocupado por tejido óseo natural con vasos sanguíneos.

Es importante tener en cuenta que, con toda su resistencia y elasticidad, el nuevo material no es frágil y no es frágil, como muchos otros implantes. Es decir, el cirujano puede cortar un pedazo de hueso artificial sin la formación de fragmentos; este es un problema común con otros implantes.

Los investigadores esperan obtener permiso para comenzar los ensayos en humanos dentro de los cinco años. Actualmente no hay materiales de impresión 3D aprobados por las autoridades reguladoras en los Estados Unidos como material óseo regenerativo. HB puede ser el primero.

El trabajo científico fue publicado el 28 de septiembre de 2016 en la revista Science Translational Medicine (doi: 10.1126 / scitranslmed.aaf7704).

Source: https://habr.com/ru/post/es398027/