3D tisk realizuje regeneraci zlomených kostí, což způsobí revoluci v regenerační medicíně

V posledních desetiletích dosáhla lékařská věda významného pokroku a poskytla inovativní řešení pro dříve obtížná onemocnění. Publikovaná studie ukázala, že metoda využití 3D tisku k regeneraci kostní tkáně může způsobit revoluci v regenerativní medicíně.

Regenerativní medicína je obor lékařské vědy, který vyvíjí terapie k náhradě tkání, orgánů a buněk poškozených nemocemi, defekty nebo zraněními. Jde o zcela nový obor lékařské vědy, od kterého se očekává, že pomůže pacientům s nemocemi a úrazy, které byly dříve obtížně léčitelné.

Nanostrukturované bioaktivní materiály přitahují pozornost v této oblasti díky svým regeneračním schopnostem. Napodobují vlastnosti přírodních tkání a napodobují jejich strukturu. Tyto pokročilé lékařské materiály lze zpracovávat a aplikovat pomocí 3D tisku a dalších technologií.

Regenerace kostní tkáně: důležitý medicínský pokrok

Stárnutí může vést k progresivním zdravotním problémům. Nemoci, jako je osteoporóza, se budou vyskytovat s tím, jak pacienti stárnou, způsobovat jednotlivcům bolest a zvyšovat zátěž lékařské péče. Tradiční léčba zahrnuje kostní štěpy. Jiné metody navíc nemohou napodobovat vlastnosti a strukturu přírodních tkání. Z tohoto důvodu bylo vyvinuto několik nových výzkumných oblastí včetně inženýrství kostní tkáně.

Oblast inženýrství kostní tkáně zahrnuje vývoj biomimetických zařízení, která podporují růst kostí a navozují regeneraci. Pokročilé bioaktivní materiály jsou 3D tištěny do funkčních lešení pro použití v technologii kostní tkáně.

Ty interagují s cílovými tkáněmi a vyvolávají terapeutické reakce. Kompozitní materiál je založen na kolagenu typu 1 a hydroxyapatitu (také běžně používaném ve stomatologii), protože jsou hlavními složkami kostní tkáně.

Kompozitní biomimetický materiál vytváří osteopatickou odpověď, která indukuje růst, proliferaci a dokonce i diferenciaci. To vede k regeneraci kostní tkáně. Běžně používanou technologií 3D tisku při výrobě materiálů v oblasti inženýrství kostní tkáně je vytlačování. To je způsobeno jeho univerzálností a škálovatelností. Stále však existuje několik klíčových problémů při výrobě robustních a odolných bionických materiálů pro aplikace regenerace kostí.

Změny viskozity (A) a viskoelastických vlastností GEN-Coll/nanoHA (B) a GEN-Coll/MBG_Sr4% (C) při 10 °C

Hovězí kolagen 1. typu je slibným materiálem pro regeneraci poškozené nebo nemocné kostní tkáně. Tyto bioaktivní materiály obsahují funkčně bohaté nanočástice a lze je snadno 3D tisknout pomocí podpůrné lázně. S jejich používáním však existují určité problémy. Je obtížné je úplně odstranit po procesu tisku a zesíťovací činidlo použité ke zlepšení strukturální integrity stentu způsobí ztrátu geometrické jasnosti a částečné zhroucení tištěné struktury.

K překonání omezení těchto biomateriálů jsou zapotřebí alternativní procesy.

Nyní výzkumný tým navrhl metodu výroby silnějších a vhodnějších bioaktivních materiálů na bázi bovinního kolagenu, která pomůže revolucionizovat technologii regenerace lidské kostní tkáně.

Proces uvedený v článku má za cíl zlepšit vlastnosti tvorby bovinního kolagenu. Síťovací činidlo se přidá k tiskařské formulaci a poté se odstraní z nosné lázně. Zvoleným síťovacím činidlem je genipin, který zlepšuje stabilitu kolagenové 3D tištěné struktury skafoldu spuštěním zesíťování in-situ.

Roztok používaný pro podpůrnou lázeň je kyselina alginová. Studie zjistily, že kyselina alginová zachovává 3D tištěnou strukturu kolagenového materiálu a je snadno odstranitelná při 37 o C, což umožňuje stabilní zpracování struktur s geometrickými strukturami s vysokým rozlišením. Metoda byla vyvinuta pomocí dříve zavedeného protokolu.

Po inkubaci po dobu 3 hodin a 24 hodin při 37 °C proveďte test amplitudového skenování (A, C) a teplotní rampy (B, D) na GEN-Col/nanoHA

Chcete-li vyhodnotit potiskovatelnost materiálu, vyberte geometrii plástve a mřížky. Bylo provedeno několik experimentů s různými parametry, aby byla zajištěna dobrá úroveň kontroly a porozumění výsledkům. Základem změny je vliv každého parametru na věrnost tisku a rozlišení konečné struktury lešení.

Studie dospěla k závěru, že tyto parametry je třeba doladit, aby bylo dosaženo požadovaných výsledků, protože jsou vzájemně provázané.

Vizuální analýza tiskové konzoly potvrdila, že tiskový proces úspěšně realizoval geometrickou reprodukci. Vytvoří se jasné linie a otvory. Po lyofilizaci byla morfologie analyzována pomocí FE-SEM, která ukázala, že nanočástice byly úspěšně distribuovány v matrici.

Tyto výsledky naznačují, že použití tohoto procesu pro 3D tisk kolagenových materiálů vykazuje dobré výsledky při regeneraci kostní tkáně.