Hyperelastický atrament umožňuje 3D tlač funkčných kostných implantátov

 

Kľúčové zistenia:

• Atrament umožňuje rýchlu 3D tlač flexibilných syntetických kostných implantátov.

• Materiál pozostáva z 90 % prírodného hydroxyapatitu a 10 % biologicky rozložiteľného polyméru.

• Tlač pri izbovej teplote dovoľuje priamo integrovať do implantátu liečivá a antibiotiká.

Vedci z oblasti materiálového inžinierstva vyvinuli inovatívny atrament pre trojrozmerné tlačiarne, ktorý slúži na tvorbu syntetických kostných implantátov. Tento materiál je funkčne navrhnutý tak, aby po voperovaní do tela rýchlo stimuloval fyziologický rast a regeneráciu hostiteľského kostného tkaniva. Z chemického hľadiska ide o vyváženú zmes obsahujúcu 90 % hydroxyapatitu, čo je základný vápnikový minerál prítomný v ľudských kostiach.

Zvyšných 10 % celkovej hmotnosti tvorí biokompatibilný a biodegradovateľný polymér. Tento konkrétny typ polyméru sa v medicínskej praxi už dlhé roky bezpečne využíva napríklad pri chirurgických šitiach. Napriek veľmi vysokému obsahu pevných minerálov si výsledný materiál zachováva špecifické mechanické vlastnosti, predovšetkým elasticitu a štrukturálnu robustnosť.

^{Zdroj foto: University of Texas}

Vytlačený implantát disponuje pórovitou štruktúrou, ktorá sa prejavuje na makroskopickej, mikroskopickej aj nanoskopickej úrovni. Táto prepracovaná pórovitosť slúži ako biomimetické lešenie pre okolitý biologický materiál. Dizajn aktívne nabáda vlastné bunky tela prijať umelý implantát ako prirodzený rámec pre svoj ďalší vývoj. Týmto spôsobom sa výrazne zrýchľuje bunková infiltrácia a následné budovanie potrebného cievneho zásobovania priamo v mieste defektu.

Celý proces trojrozmernej tlače tohto nového biomateriálu prebieha pri bežnej izbovej teplote. Vďaka absencii vysokých teplôt pri výrobe môžu výskumníci do atramentu priamo integrovať rôzne citlivé liečivá. Pridaním účinných antibiotík sa proces výroby mení na lokálny systém podávania liečiv. Takýto preventívny postup dokáže spoľahlivo pomôcť pri eliminácii pooperačných infekcií priamo v mieste kostného defektu.

Farmakologické látky sa uvoľňujú do okolia postupne, ako sa samotný implantát integruje do tela pacienta. Samotná výroba prebieha rýchlo a elastický charakter umožňuje chirurgom upraviť tvar implantátu obyčajným orezaním priamo počas operačného zákroku. Táto mechanická flexibilita zrýchľuje prácu lekárov v čase, keď je pacient pod anestéziou.

Zároveň sa znižuje celková bolestivosť v porovnaní s použitím vlastného kostného štepu odoberaného z inej časti tela. Technológia vykazuje veľký klinický potenciál najmä v pediatrickej ortopédii pri liečbe detí s rozsiahlymi kostnými defektmi. Doterajšie použitie trvalých pevných implantátov u rastúcich detí totiž vyžadovalo s pribúdajúcim vekom opakované náročné reoperácie.

Nahradenie statického hardvéru dynamickým implantátom, ktorý sa postupne vstrebáva a uvoľňuje miesto vlastnej kosti, tento dlhodobý problém elegantne odstraňuje. Nové štúdie už úspešne hodnotili materiál pomocou ľudských kmeňových buniek a v rámci testovania na rôznych zvieracích modeloch.

Nemocnice by vďaka tejto inovácii mohli v budúcnosti priamo na oddeleniach tlačiť personalizované implantáty pre svojich pacientov. Doba dodania implantátu prispôsobeného konkrétnemu pacientovi by sa tak skrátila na menej ako 24 hodín. Tento prístup by mohol kompletne transformovať spôsob, akým zdravotníctvo pristupuje k rekonštrukčným chirurgickým zákrokom.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Biologicky aktívne implantáty skracujú čas rekonvalescencie, znižujú počet opakovaných operácií u detí a prinášajú bezpečnejšiu alternatívu k tradičným kovovým náhradám kostí.

Zdroj: interestingengineering.com foto: ChatGPT

Zobrazit Galériu