Drukarka kości wytwarza implanty precyzyjnie w miejscu ich zastosowania

Innowacje w drukowaniu rusztowań kostnych

Karolina Majchrzak

Naukowcy z Korei Południowej oraz Stanów Zjednoczonych stworzyli innowacyjne urządzenie, które przypomina pistolet do kleju na gorąco. Pozwala ono na drukowanie biodegradowalnych rusztowań kostnych bezpośrednio w miejscu wystąpienia złamania czy ubytku kostnego. Ta nowa metoda może zrewolucjonizować ortopedię, oferując spersonalizowane implanty, które przyspieszają proces gojenia oraz zmniejszają ryzyko infekcji.

Drukowanie w czasie rzeczywistym

Złamania kości i chirurgiczne usuwanie tkanki nowotworowej często prowadzą do ubytków, które wymagają przeszczepów lub różnego rodzaju rekonstrukcji. Badacze nieustannie eksperymentują z wieloma materiałami, a w ramach jednego z najnowszych projektów opracowali drukarkę kostną działającą bezpośrednio podczas operacji, eliminując potrzebę wcześniejszego modelowania implantu.

Bezpieczna technologia

Urządzenie korzysta z niskotemperaturowego druku, co sprawia, że jest ono bezpieczne dla żywej tkanki. Używany materiał konstrukcyjny składa się z patyczków z kompozytu polikaprolaktonu (PCL) i hydroksyapatytu (HA), który naturalnie występuje w kościach. Dzięki regulacji proporcji HA i PCL, naukowcy są w stanie dopasować właściwości materiału, takie jak jego wytrzymałość, elastyczność oraz tempo degradacji.

Nowoczesne testy i wyniki

Pierwsze eksperymenty zostały przeprowadzone na prekursorskich komórkach kostnych myszy oraz ludzkich komórkach macierzystych szpiku. Celem było zbadanie toksyczności materiału oraz jego zdolności do wspierania wzrostu komórek kostnych. Następnie przeprowadzono eksperymenty na królikach z dużymi ubytkami w kości udowej. Porównano przy tym drukowany kompozyt z tradycyjnym cementem kostnym przez 12 tygodni.

Zalety nowej technologii

W badaniach wykazano, że drukowane rusztowania efektywniej wspierają regenerację kości niż cement. Mikro-CT ujawniło, że w przeciągu 12 tygodni utworzyła się silniejsza i bardziej naturalna struktura kostna, bez żadnych oznak stanu zapalnego. HA zwiększał przyczepność komórek, ich proliferację i różnicowanie w osteoblasty, a antybiotykowa powłoka skutecznie hamowała rozwój bakterii.

Rusztowania zostały zaprojektowane tak, aby stopniowo się rozkładały, a w ich miejsce wyrastała nowa kość, co w dłuższej perspektywie wzmacnia integrację z naturalną tkanką. Parametry takie jak powierzchnia kości, grubość kory czy moment bezwładności wykazywały wyższą wytrzymałość i odporność na skręcanie kości.

Dzięki tej nowej metodzie możliwe jest drukowanie implantów bezpośrednio w miejscu operacji, nawet przy nieregularnych ubytkach. Zintegrowane podawanie antybiotyków może zredukować ryzyko pooperacyjnych infekcji, które są jedną z głównych przyczyn niepowodzeń implantacji. Urządzenie jest także szybsze i tańsze w porównaniu do produkcji gotowych implantów, a kompozyt można dostosować do różnych materiałów biodegradowalnych lub dodatkowych leków, w zależności od potrzeb medycznych pacjenta.