Напечатанные на 3D-принтере гиперэластичные кости помогут в лечении переломов (+ видео)

К счастью, технологии 3D-печати могут помочь найти решение, стимулируя восстановление клеток костной ткани. Несколько групп исследователей во всем мире занимаются поиском материала для создания каркаса, в котором смогут развиваться стволовые клетки.

Новую разработку представляют ученые из Северо-западного университета под руководством Рамиллы Шах – именно технология гиперэластичных костей, возможно, станет универсальным решением всех проблем. Речь идет о гиперэластичных биочернилах, из которых можно напечатать костные имплантаты любого размера и формы. Материал позволяет врачам пересадить пациенту имплантат строго необходимой формы – после операции в каркасе быстро развиваются сосуды и клеточные структуры, способствующие восстановлению костей.

Рамилла Шах уже много лет занимается исследованиями в области 3D-печати, но гиперэластичные кости – это, пожалуй, ее наиболее значительное достижение на сегодняшний день. Она говорит, что эластичность материала удивила даже самих исследователей – после любой деформации он принимает первоначальную форму. Команда рассчитывает, что эта технология сможет применяться в больницах, где индивидуальный имплантат можно будет изготовить за 24 часа на основе сканирования костей пациента.

Гиперэластичные кости, по большей части, состоят из минерала гидроксиапатита, который содержится в человеческих костях. Этот материал и сейчас применяется в хирургии, но его недостаток – повышенная хрупкость. Тем не менее, в сочетании с полимером он становится чрезвычайно гибким и подходит для 3D-печати. Благодаря высокому содержанию гидроксиапатита клетки реагируют на его биоактивность – стволовые клетки в таком каркасе превращаются в костную ткань просто за счет использованного материала, без дополнительных факторов роста. Эластичность материала особенно важна для применения в педиатрии – он сможет растягиваться вместе с организмом. Кроме того, 3D-печать костных имплантатов по новой технологии осуществляется при комнатной температуре, что позволяет добавить в материал другие вещества, даже антибиотики – это снизит риск инфекции после операции.

Пока новый материал испытали только на животных – для лечения дефектов позвоночника крыс и поврежденного черепа макаки. Клинические испытания на людях могут начаться в течение пяти лет. Ученые уже экспериментировали в лаборатории с человеческими стволовыми клетками, помещая их в каркас из гиперэластичных костей – эти клетки не только росли и развивались, но и производили собственные костные минералы. Помимо других преимуществ, новый материал достаточно недорого производить и можно хранить до года – это позволяет отправлять его для использования в отдаленных районах, без необходимости изготовления на месте. Возможно, именно эта разработка станет идеальным решением для создания костных имплантатов.