Criado biomaterial para impressão 3D de ossos humanos temporários

Várias vértebras humanas temporárias impressas em uma impressora 3D. Foto: Adam E. Jakus

Tentativas de criar materiais para impressão 3D de ossos humanos temporários (biomateriais osteorregenerativos) foram feitas repetidamente. Infelizmente, eles ainda sofrem com uma série de deficiências. Entre eles - a incapacidade de reproduzir com rapidez e precisão um novo osso, o alto custo e as capacidades limitadas de produção, a complexidade do processamento durante uma operação cirúrgica.

Novo biomaterialdesprovido de todas essas deficiências. Se todos os testes forem bem-sucedidos, em alguns anos as pessoas poderão obter ossos artificiais fortes, superelásticos e baratos que se biodegradarão no corpo por vários anos (eles serão gradualmente substituídos por tecido ósseo natural). O mais interessante é que o processo de extrusão de um material à temperatura ambiente, teoricamente, permite a impressão de ossos mesmo em impressoras domésticas.

Segundo os cientistas, o novo material HB (do "osso hiperelástico") consiste em 90% em peso de hidroxiapatita e 10% em policaprolactona .

A hidroxilapatita Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ é o principal componente mineral dos ossos humanos naturais. Na maioria dos ossos, compõe cerca de 50% da massa total e no esmalte dentário - 96%. Na medicina, um análogo sintético tem sido usado há muito tempo em traumatologia, ortopedia e cirurgia óssea como uma carga que substitui partes do osso perdido. Na odontologia, também é usado em cremes dentais, como um elemento remineralizante que fortalece o esmalte dentário.

Mas a policaprolactona (PCL) está ausente em materiais biológicos. É um poliéster biodegradável usado na indústria para a produção de poliuretanos. Sacos biodegradáveis ​​são feitos a partir dele. Na medicina, o PCL também é usado como material de sutura e como implante térmico auto-absorvente de ação prolongada (carga), que tem a capacidade de estimular o crescimento de tecido fibroso e reabastecer o volume devido a seus próprios componentes. Muitos comprimidos são liberados em cápsulas do PCL, são absorvidos no organismo. Além disso, o PCL é usado na impressão 3D em massa como material para prototipagem. O PCL viscoso é de natureza semelhante a uma resina natural como guta-percha .

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— , , (Ramille Shah), - (). Sistema de bioplotagem 3D fabricado pela EnvisionTec. Este dispositivo pode ser comprado a preços que variam de US $ 250.000 a US $ 300.000.É

claro que, em casa, essa impressora custaria caro demais. Mas todo hospital ou centro cirúrgico pode pagar por isso. Em princípio, mesmo indivíduos particulares podem comprar um balde dessas impressoras e imprimir novos ossos para si ou para animais de estimação, se necessário (é claro, é aconselhável consultar um cirurgião profissional para uma operação).


Bioplotter 3D EnvisionTEC

Ossos artificiais demonstram boas propriedades mecânicas: tensão à falha (tensão à falha) de 32% a 67%, módulo de elasticidade de 4 a 11 MPa. Assim, é um material elástico e durável. Também é caracterizada por alta absorção (porosidade 50%), suporta a viabilidade e proliferação de células vivas. Testes mostraram que o material não interfere na formação de células da medula óssea a partir de células-tronco mesenquimais.

Até agora, a biocompatibilidade do HB foi testada apenas em animais de laboratório, mas esses experimentos têm sido muito promissores. Implantes subcutâneos em camundongos não causaram rejeição em 7-35 dias. Em ratos, um enxerto ósseo foi instalado na parte posterolateral da coluna vertebral (fusão espinhal posterolateral) por 8 semanas, a formação de novo tecido ósseo foi registrada. Também conduziu um experimento no primata com danos no crânio (4 semanas).

Durante todas as experiências, o HB não causou uma resposta imune negativa. Ao mesmo tempo, observou-se vascularização normal (formação vascular), o osso artificial rapidamente se integrou aos tecidos circundantes, rapidamente se ossificou e apoiou o crescimento de novo tecido ósseo sem intervenção adicional. Supõe-se que, à medida que a biodegradação do material ocorrer, seu lugar será ocupado por tecidos ósseos naturais vivos com vasos sanguíneos.

É importante notar que, por toda a sua força e elasticidade, o novo material não é quebradiço nem quebradiço, como muitos outros implantes. Ou seja, o cirurgião pode cortar um pedaço de osso artificial sem a formação de fragmentos - esse é um problema comum com outros implantes.

Os pesquisadores esperam obter permissão para iniciar testes em humanos dentro de cinco anos. Atualmente, não há materiais de impressão 3D aprovados pelas autoridades reguladoras nos Estados Unidos como material ósseo regenerativo. HB pode ser o primeiro.

O trabalho científico foi publicado em 28 de setembro de 2016 na revista Science Translational Medicine (doi: 10.1126 / scitranslmed.aaf7704).

Source: https://habr.com/ru/post/pt398027/