3D-tulostus toteuttaa murtuneiden luiden uudistumisen, mikä mullistaa regeneratiivisen lääketieteen

Viime vuosikymmeninä lääketiede on edistynyt merkittävästi tarjoamalla innovatiivisia ratkaisuja aiemmin vaikeisiin sairauksiin. Julkaistu tutkimus osoitti, että menetelmä 3D-tulostuksen käyttämiseksi luukudoksen uudistamiseksi voi mullistaa regeneratiivisen lääketieteen.

Regeneratiivinen lääketiede on lääketieteen haara, joka kehittää hoitoja sairauksien, vikojen tai vammojen vahingoittamien kudosten, elinten ja solujen korvaamiseksi. Tämä on aivan uusi lääketieteen ala, jonka odotetaan auttavan potilaita, joilla on sairauksia ja vammoja, joita oli aiemmin vaikea hoitaa.

Nanorakenteiset bioaktiiviset materiaalit ovat herättäneet huomiota tällä alalla regeneratiivisten ominaisuuksiensa vuoksi. Ne toistavat luonnollisten kudosten ominaisuuksia ja jäljittelevät niiden rakennetta. Näitä edistyneitä lääketieteellisiä materiaaleja voidaan käsitellä ja levittää 3D-tulostuksella ja muilla tekniikoilla.

Luukudoksen uudistaminen: tärkeä lääketieteellinen edistysaskel

Ikääntyminen voi johtaa progressiivisiin terveysongelmiin. Osteoporoosin kaltaisia sairauksia esiintyy potilaiden ikääntyessä, mikä aiheuttaa kipua yksilöille ja lisää lääketieteellisen hoidon taakkaa. Perinteisiin hoitoihin kuuluvat luusiirteet. Lisäksi muut menetelmät eivät voi jäljitellä luonnollisten kudosten ominaisuuksia ja rakennetta. Tästä syystä on kehitetty useita uusia tutkimusaloja, kuten luukudostekniikka.

Luukudostekniikan alaan kuuluu biomimeettisten laitteiden kehittäminen, jotka tukevat luun kasvua ja aiheuttavat uudistumista. Kehittyneet bioaktiiviset materiaalit tulostetaan 3D-tulostettu toiminnallisiin rakennustelineisiin käytettäväksi luukudostekniikan tekniikassa.

Ne ovat vuorovaikutuksessa kohdekudosten kanssa ja aiheuttavat terapeuttisia vasteita. Komposiittimateriaali perustuu tyypin 1 kollageeniin ja hydroksiapatiittiin (jota käytetään yleisesti myös hammaslääketieteessä), koska ne ovat luukudoksen pääkomponentteja.

Komposiittibiomimeettinen materiaali tuottaa osteopaattisen vasteen, joka aiheuttaa kasvua, proliferaatiota ja jopa eriytymistä. Tämä johtaa luukudoksen uudistumiseen. Yleisesti käytetty 3D-tulostustekniikka luukudostekniikan materiaalien valmistuksessa on suulakepuristusvalu. Tämä johtuu sen monipuolisuudesta ja skaalautuvuudesta. Luiden regenerointisovelluksiin tarkoitettujen vankkojen ja kestävien bionisten materiaalien valmistuksessa on kuitenkin vielä useita keskeisiä haasteita.

GEN-Coll/nanoHA (B) ja GEN-Coll/MBG_Sr4% (C) viskositeetin (A) ja viskoelastisten ominaisuuksien muutokset 10 °C:ssa

Tyypin 1 naudan kollageeni on lupaava materiaali vaurioituneen tai sairaan luukudoksen regenerointiin. Nämä bioaktiiviset materiaalit sisältävät toiminnallisesti rikkaita nanopartikkeleita, ja ne voidaan helposti tulostaa 3D-tulostettavana tukihauteella. Niiden käytössä on kuitenkin joitain ongelmia. Niitä on vaikea poistaa kokonaan tulostusprosessin jälkeen, ja stentin rakenteellisen eheyden parantamiseen käytetty ristiinlinkittävä aine aiheuttaa geometrisen selkeyden menetyksen ja painetun rakenteen osittaisen romahtamisen.

Näiden biomateriaalien rajoitusten poistamiseksi tarvitaan vaihtoehtoisia prosesseja.

Nyt tutkimusryhmä on ehdottanut menetelmää, jolla voidaan tehdä vahvempia ja sopivampia bioaktiivisia materiaaleja, jotka perustuvat naudan kollageeniin, mikä auttaa mullistamaan ihmisen luukudoksen uudistumisen teknologian.

Paperissa ilmoitetun prosessin tavoitteena on parantaa naudan kollageenin muodostumisen ominaisuuksia. Ristiinlinkitysaine lisätään painovalmisteeseen, ja sitten ne poistetaan tukihauteesta. Valittu ristiinlinkittävä aine on genipiini, joka parantaa kollageenin 3D-tulostetun telinerakenteen vakautta laukaisemalla in situ -ristiinlinkittämisen.

Tukikylpyyn käytetty liuos on alginiinihappo. Tutkimuksissa on havaittu, että alginiinihappo ylläpitää kollageenimateriaalin 3D-tulostettua rakennetta ja se on helppo poistaa 37 o C: ssa, mikä mahdollistaa rakenteiden vakaan käsittelyn korkean resoluution geometrisilla rakenteilla. Menetelmä kehitettiin aiemmin vahvistetulla protokollalla.

Kun olet inkubannut 3 tuntia ja 24 tuntia 37 °C:ssa, suorita amplitudiskannaustesti (A, C) ja lämpötilaramppi (B, D) GEN-Col/nanoHA-bakteerilla

Valitse hunajakenno ja ruudukon geometria materiaalin tulostettavuuden arvioimiseksi. Useita kokeita suoritettiin eri parametreilla hyvän valvonnan tason tarjoamiseksi ja tulosten ymmärtämiseksi. Kunkin parametrin vaikutus tulostuksen uskollisuuteen ja lopullisen telinerakenteen resoluutioon muodostaa muutoksen perustan.

Tutkimuksessa todettiin, että näitä parametreja on hienosäädettävä haluttujen tulosten saavuttamiseksi, koska ne ovat kietoutuneet toisiinsa.

Painokiinnikkeen visuaalinen analyysi vahvisti, että tulostusprosessi onnistui geometrisen toiston avulla. Syntyy selkeitä viivoja ja reikiä. Kylmäkuivauksen jälkeen FE-SEM analysoi morfologian, joka osoitti, että nanopartikkelit jakautuivat onnistuneesti matriisiin.

Nämä tulokset osoittavat, että tämän prosessin käyttö kollageenimateriaalien 3D-tulostukseen osoittaa hyviä tuloksia luukudoksen uudistumisessa.