Kunstmatige botten: de nieuwste 3D-afdrukken
Inhoudsopgave:
- Ramille Shah, Ph. D., die het onderzoeksteam leidde, is assistent-professor Materials Science and Engineering aan Northwestern's McCormick School of Engineering en assistent-professor chirurgie bij Northwestern's Feinberg School of Medicine.
- Natuurlijk botbestanddeel is van cruciaal belang voor succes.
- Hyperelastisch bot is veelzijdig en kan in verschillende sterkten worden afgedrukt.
- De eigenschappen van hyperelastisch bot zijn met name van cruciaal belang bij het herstellen van botten in het hoofd en gezicht.
- Chirurgen die het synthetische botmateriaal van Shah gebruiken, kunnen het lichaam van de patiënt scannen en gepersonaliseerde vervangende botten op een 3D-printer maken.
Wetenschappers hebben interessant nieuws over de vooruitgang in reserveonderdelen van mensen. "<999 Binnenkort is het misschien mogelijk om beschadigde menselijke botten te vervangen door synthetische, aangepaste botten gemaakt op een 3D-printer.
AdvertisementAdvertisement
Dit "hyperelastische" bot zal worden geproduceerd met een "inkt" gemaakt van een natuurlijk calcium dat wordt aangetroffen in menselijk bot.In een significante vooruitgang ten opzichte van de huidige methoden, zeggen wetenschappers dat de op maat gemaakte botten snel botregeneratie en -groei kunnen induceren.
Dat kan medische procedures effectiever, minder pijnlijk en langduriger maken.Advertentie
Toepassingen kunnen het repareren van craniofaciale, tandheelkundige, wervelkolom- en andere verwondingen aan bot- en sportgeneesmiddelen omvatten.Wetenschappers van de Northwestern University publiceerden vorige maand hun bevindingen in het tijdschrift Science Translational Medicine.
AdvertentieAdvertisement
Lees meer: Tandartsen zullen snel 3-D antibacteriële tanden printen »Ramille Shah, Ph. D., die het onderzoeksteam leidde, is assistent-professor Materials Science and Engineering aan Northwestern's McCormick School of Engineering en assistent-professor chirurgie bij Northwestern's Feinberg School of Medicine.
Shah beschrijft hyperelastisch bot als "een zeer veelzijdig, groeifactorvrij, osteoregeneratief, schaalbaar en chirurgisch vriendelijk biomateriaal. “
Shah en haar team geloven dat menselijke proeven van hun synthetische bot binnen vijf jaar zouden kunnen beginnen.
AdvertentieAdvertentie
Shah, hoofd van de Shah Tissue Engineering en Additive Manufacturing Lab op Northwestern, zei in een Healthline-interview dat het doel van haar team van wetenschappers en clinici was "een 3D-printbaar biomateriaal voor botweefsel te ontwikkelen regeneratie bij kinderen. "Pediatrische patiënten die lijden aan botdefecten door trauma of geboorte kunnen veel baat hebben bij deze technologie.
"De huidige materiaalchirurgen die worden gebruikt voor craniofaciale defecten zijn metalen platen en schroeven, en polymeren, maar niet afbreekbare, voor gezichtswerk," zei Shah. "De primaire manier is nu om stukjes bot van de ribben of heupen van de patiënt te nemen en een 'auto-graft' te maken - vorm de stukjes zodat ze passen in de defectruimte die ze willen omvormen. Maar deze methode kan elders in het lichaam problemen veroorzaken. Auto-transplantaten worden vooral bij kinderen gebruikt, omdat u geen 'vreemde lichamen' bij pediatrische patiënten wilt gebruiken. "
Advertentie
Botimplantatiechirurgie is pijnlijk en gecompliceerd voor kinderen, zei ze. Botoogsten voor een auto-graft kan leiden tot andere complicaties en pijn.Metalen implantaten worden soms gebruikt, maar dit is geen permanente oplossing voor opgroeiende kinderen."Volwassenen hebben meer opties als het gaat om implantaten," zei Shah. "Pediatrische patiënten niet. Als je ze een permanente implantaat geeft, moet je in de toekomst meer operaties uitvoeren als ze groeien. Ze kunnen jarenlang problemen ondervinden. "
AdvertentieAdvertentie
Lees meer: 3D-medicijnen: uw apotheek drukt nu uw recept af»De juiste ingrediënten
Natuurlijk botbestanddeel is van cruciaal belang voor succes.
Het hoofdbestanddeel van Shah's biomateriaal is hydroxyapatiet, een fosfaat van calcium dat het belangrijkste structurele element (90 gewichtsprocent) van natuurlijk gewerveld bot is.
Advertentie
Shah en haar collega's mengen 90 procent hydroxyapatiet met 10 procent biologisch verenigbaar, biologisch afbreekbaar medisch polymeer in een oplosmiddel dat de textuur meer als een vloeistof dan als een vaste stof maakt."De consistentie is als die van Elmer," zei Shah.
Advertentie-advertentie
Het mengsel wordt "inkt" genoemd omdat het in een 3D-printer wordt gebruikt.Zodra het mengsel is geëxtrudeerd, verdampt het hoofdoplosmiddel onmiddellijk en stolt het materiaal. De structuur van het materiaal is poreus en kan worden gebruikt bij kamertemperatuur.
"Hoge porositeit is van cruciaal belang omdat cellen en bloedvaten in de structurele scaffold moeten infiltreren om de weefselintegratie te verbeteren," legde Shah uit.
Bovendien creëert de hoge concentratie hydroxyapatiet een omgeving die snelle botregeneratie veroorzaakt.
"Het [hyperelastische bot] is ontworpen om te degraderen en te hermodelleren in natuurlijk bot en kan daarom met de patiënt meegroeien," zei Shah. "Dit elimineert de noodzaak van toekomstige operaties, zoals gebeurt met metalen platen of implantaten. "
Lees meer: onderzoekers ontdekken manier om menselijk weefsel af te drukken»
Een veelzijdig product
Hyperelastisch bot is veelzijdig en kan in verschillende sterkten worden afgedrukt.
Dat omvat zeer elastische botten, degenen die bestand zijn tegen aanzienlijke belastingen en die meer hol of dicht zijn. Deze mechanische eigenschappen worden bepaald door de architectuur van het 3D-geprinte object, zei Shah.
Synthetisch bot kan voor elke patiënt worden aangepast.
De verscheidenheid aan toepassingen omvat reparaties voor wervelfracturen, verwondingen aan sportmedicijnen en ACL- en rotatorcuff-letsels waarvoor een wondgenezing nodig is, zei Shah.
Bij craniofaciale en tandheelkundige toepassingen en bij misvormingen van het gelaat kan het vervangende bot worden afgedrukt "om perfect te passen in de symmetrie en anatomie van de patiënt, vooral in gevallen waarin er een esthetische component is die belangrijk is voor de uitkomst van de patiënt," zei ze.
"Het materiaal is ook zeer elastisch en chirurgen kunnen het manipuleren", zei Shah. "De beschikbare materialen zijn nu zeer flexibel en niet moeilijk te snijden en vorm te geven. Toen chirurgen dit hoorden, waren ze erg opgewonden. "
Lees meer: Wonen met een kunstmatige pancreasmachine»
Belangrijk in hoofd-, aangezichtschirurgie
De eigenschappen van hyperelastisch bot zijn met name van cruciaal belang bij het herstellen van botten in het hoofd en gezicht.
"Bij craniofaciale defecten kunnen we een object maken dat het defect oplost of afdekt, waardoor we de symmetrie van het gezicht kunnen behouden," zei Shah. 'We kunnen iets printen dat patiëntspecifiek is. Het materiaal zal door het schavot gaan. Dit is belangrijk, want als u geen bloedvaten binnen het defect hebt, kunt u weefselnecrose hebben [weefselsterfte]. In het skelet brengen cellen nieuw botmateriaal aan. Bij permanente implantaten moet u ze na verloop van tijd vervangen. Dit nieuwe materiaal groeit mee met de patiënt en is niet-invasief. "
Antibiotica kunnen worden toegevoegd om infectie te beheersen.
De onderzoekers voeren het 3D-drukproces uit bij kamertemperatuur, waardoor ze andere elementen, zoals antibiotica, aan de inkt kunnen toevoegen.
"We kunnen antibiotica gebruiken om de kans op infectie na een operatie te verminderen," zei Shah. "We kunnen de inkt ook combineren met verschillende soorten groeifactoren, indien nodig, om de regeneratie te verbeteren. Het is echt een multifunctioneel materiaal. "
Lees meer: Zijn hoofdtransplantaties mogelijk … en ethisch? »
Gepersonaliseerde vervangingen
Chirurgen die het synthetische botmateriaal van Shah gebruiken, kunnen het lichaam van de patiënt scannen en gepersonaliseerde vervangende botten op een 3D-printer maken.
Dankzij de flexibele mechanische eigenschappen van het biomateriaal kunnen artsen het tijdens een chirurgische ingreep gemakkelijk op maat snijden en vormgeven. Dit is niet alleen sneller, zei Shah, maar ook minder pijnlijk in vergelijking met het gebruik van auto-graftmateriaal.
Toen ze in 2009 met haar onderzoek begon, ontving Shah facultaire startfinanciering en heeft ze voortdurende steun van de National Institutes of Health (NIH).Ze hoopt financiering van de overheid en bedrijven te bemachtigen en heeft onlangs een start-upbedrijf in Northwestern opgericht om toepassingen voor haar werk te onderzoeken.
Shah kijkt uit naar een dag waarop "de doorlooptijd voor een implantaat dat is gespecialiseerd voor een klant, binnen 24 uur kan zijn. Dat kan de wereld van craniofaciale en orthopedische chirurgie veranderen en, naar ik hoop, de resultaten van de patiënt verbeteren. “
