अस्थायी मानव हड्डियों के 3 डी प्रिंटिंग के लिए बायोमेट्रिक बनाया गया

3 डी प्रिंटर पर मुद्रित कई अस्थायी मानव कशेरुक। फोटो: एडम ई। जेकस

अस्थायी मानव हड्डियों (ओस्टियॉर्गेनरेटिव बायोमेट्रिसेस) के 3 डी-प्रिंटिंग के लिए सामग्री बनाने का प्रयास बार-बार किया गया है। दुर्भाग्य से, वे अभी भी कई कमियों से पीड़ित हैं। उनमें से - एक नई हड्डी, उच्च लागत और सीमित उत्पादन क्षमता, एक सर्जिकल ऑपरेशन के दौरान प्रसंस्करण की जटिलता को जल्दी और सटीक रूप से पुन: पेश करने में असमर्थता।

नई बायोमेट्रिकइन सभी कमियों से रहित। यदि सभी परीक्षण सफल होते हैं, तो कुछ वर्षों में लोग मजबूत, सुपरलास्टिक और सस्ती कृत्रिम हड्डियां प्राप्त करने में सक्षम होंगे जो शरीर में कई वर्षों तक बायोडिग्रेड करेंगे (वे धीरे-धीरे प्राकृतिक हड्डी ऊतक द्वारा बदल दिए जाते हैं)। सबसे दिलचस्प बात यह है कि कमरे के तापमान पर एक सामग्री को बाहर निकालने की प्रक्रिया, सैद्धांतिक रूप से, घर के प्रिंटर पर भी हड्डियों के मुद्रण की अनुमति देती है।

वैज्ञानिकों के अनुसार, नई सामग्री एचबी (हाइपरलास्टिक "हड्डी" से) हाइड्रॉक्सियापैटाइट के वजन से 90% और पॉलीकैप्रोलैक्टोन के 10% से होती है ।

हाइड्रॉक्सिलपैटाइट सीए ₁₀ (पीओ ₄ ) ₆ (ओएच) ₂ प्राकृतिक मानव हड्डियों का मुख्य खनिज घटक है। अधिकांश हड्डियों में, यह कुल द्रव्यमान का लगभग 50% बनाता है, और दाँत तामचीनी में - 96%। चिकित्सा में, एक सिंथेटिक एनालॉग का उपयोग लंबे समय से ट्रॉमेटोलॉजी, आर्थोपेडिक्स और हड्डी की सर्जरी में भराव के रूप में किया जाता है जो खोई हुई हड्डी के कुछ हिस्सों को बदल देता है। दंत चिकित्सा में, इसका उपयोग टूथपेस्ट में भी किया जाता है, एक रीमिनरलाइजिंग तत्व के रूप में जो दाँत तामचीनी को मजबूत करता है।

लेकिन पॉलीकैप्रोलैक्टोन (पीसीएल) जैविक पदार्थों में अनुपस्थित है। यह एक बायोडिग्रेडेबल पॉलिएस्टर है जिसका उपयोग उद्योग में पॉलीयूरेथेन के उत्पादन के लिए किया जाता है। बायोडिग्रेडेबल बैग इससे बनाए जाते हैं। चिकित्सा में, पीसीएल का उपयोग सीवन सामग्री के रूप में और लंबे समय तक कार्रवाई (भराव) के एक आत्म-अवशोषित थर्मल प्रत्यारोपण के रूप में भी किया जाता है, जिसमें रेशेदार ऊतक के विकास को उत्तेजित करने और अपने स्वयं के घटकों के कारण वॉल्यूम को फिर से भरने की क्षमता होती है। पीसीएल से कई टैबलेट कैप्सूल में जारी किए जाते हैं, वे शरीर में अवशोषित होते हैं। इसके अलावा, पीसीएल का उपयोग बड़े पैमाने पर 3 डी प्रिंटिंग में प्रोटोटाइप के लिए सामग्री के रूप में किया जाता है। विस्कस पीसीएल प्रकृति में गुट्टा-पर्च जैसी प्राकृतिक राल के समान है ।

प्रयोगों से पता चला है कि इस रचना की कृत्रिम हड्डियों को कमरे के तापमान पर जल्दी से बाहर निकालकर 275 सेमी ³ / घंटा तक की गति के साथ मुद्रित किया जा सकता है , अर्थात एक चिपचिपे पिघले हुए पदार्थ या मोटी पेस्ट को एक गठन छेद के माध्यम से मजबूर करके। एक चिपचिपा मिश्रण बनाने के लिए, जिसे प्रिंटर में लोड किया जाता है, एक विशेष विलायक का उपयोग किया जाता है।

पारंपरिक कमरे के तापमान बाहर निकालना विधि के साथ एक प्रत्यारोपण छापना एक बड़ा लाभ है क्योंकि अन्य हड्डी प्रत्यारोपण लेज़रों का उपयोग करके उच्च तापमान पर बनाए जाते हैं , पेपर के प्रमुख लेखक और नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी (यूएसए) के टीम लीडर रमील शाह बताते हैं। । प्रयोग के दौरान शोधकर्ताओं ने खुद एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रिंटर का उपयोग किया।3D-Bioplotter System, EnvisionTec द्वारा निर्मित है। इस डिवाइस को $ 250,000 से $ 300,000 तक की कीमतों पर खरीदा जा सकता है।

बेशक, घर में, ऐसा प्रिंटर खरीदना बहुत महंगा होगा। लेकिन हर अस्पताल या सर्जिकल सेंटर इसे अच्छी तरह से वहन कर सकता है। सिद्धांत रूप में, यहां तक ​​कि निजी व्यक्ति भी इस तरह के प्रिंटर की एक बाल्टी खरीद सकते हैं और यदि आवश्यक हो तो खुद या पालतू जानवरों के लिए नई हड्डियों को प्रिंट कर सकते हैं (निश्चित रूप से, एक ऑपरेशन के लिए एक पेशेवर सर्जन से परामर्श करना उचित है)।


EnvisionTEC 3D-Bioplotter

कृत्रिम हड्डियां अच्छे यांत्रिक गुणों को प्रदर्शित करती हैं: 32% से 67% तक विफलता (तनाव से विफलता), 4 से 11 एमपीए तक लोचदार मापांक। इस प्रकार, यह एक लोचदार और टिकाऊ सामग्री है। यह उच्च शोषक (छिद्र 50%) की विशेषता है, जीवित कोशिकाओं की व्यवहार्यता और प्रसार का समर्थन करता है। परीक्षणों से पता चला है कि सामग्री मेसेंकाईमल स्टेम कोशिकाओं से अस्थि मज्जा कोशिकाओं के निर्माण में हस्तक्षेप नहीं करती है।

अब तक, एचबी बायोकोम्पैटिबिलिटी का परीक्षण केवल प्रयोगशाला जानवरों में किया गया है, लेकिन ये प्रयोग बहुत आशाजनक रहे हैं। चूहों में चमड़े के नीचे प्रत्यारोपण 7-35 दिनों के भीतर अस्वीकृति का कारण नहीं था। चूहों में, 8 सप्ताह के लिए रीढ़ की हड्डी के पीछे के हिस्से (पोस्टेरोलेंटल स्पाइनल फ्यूजन) में एक हड्डी ग्राफ्ट स्थापित किया गया था, नए हड्डी के ऊतकों का गठन दर्ज किया गया था। खोपड़ी (4 सप्ताह) को नुकसान के साथ प्राइमेट पर एक प्रयोग भी किया।

सभी प्रयोगों के दौरान, HB एक नकारात्मक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का कारण नहीं बना। उसी समय, सामान्य संवहनीकरण (संवहनी गठन) का उल्लेख किया गया था, कृत्रिम हड्डी जल्दी से आसपास के ऊतकों में एकीकृत हो गई, जल्दी से ossified हो गई और अतिरिक्त हस्तक्षेप के बिना नई हड्डी के ऊतकों के विकास का समर्थन किया। यह माना जाता है कि, जैसा कि सामग्री के बायोडिग्रेडेशन में होता है, इसकी जगह पर रक्त वाहिकाओं के साथ प्राकृतिक अस्थि ऊतक रहते हैं।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि, इसकी सभी शक्ति और लोच के लिए, नई सामग्री भंगुर नहीं है और भंगुर नहीं है, जैसे कई अन्य प्रत्यारोपण। यही है, सर्जन टुकड़ों के गठन के बिना कृत्रिम हड्डी का एक टुकड़ा काट सकता है - यह अन्य प्रत्यारोपण के साथ एक आम समस्या है।

शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि उन्हें पांच साल के भीतर मानव परीक्षण शुरू करने की अनुमति मिल जाएगी। वर्तमान में संयुक्त राज्य अमेरिका में पुनर्योजी हड्डी सामग्री के रूप में नियामक अधिकारियों द्वारा अनुमोदित कोई 3 डी प्रिंटिंग सामग्री नहीं है। HB पहला हो सकता है।

वैज्ञानिक कार्य 28 सितंबर 2016 को साइंस ट्रांसलेशनल मेडिसिन (doi: 10.1126 / scitranslmed.aaf7704) में प्रकाशित हुआ था ।

Source: https://habr.com/ru/post/hi398027/