Новый материал позволит "отремонтировать" кости при помощи 3D-печати

Имплантат в виде части человеческого позвоночника, напечатанный с помощью трёхмерной печати и новых имитирующих кость "чернил".
Фотография Adam E. Jakus.

Читайте нас в Telegram

Интересно, кто бы в прошлом мог подумать, что обыкновенные белые чернила станут полезными в хирургии, особенно при переломах костей? Но недавно учёные разработали как раз такие "чернила", которые можно использовать в 3D-печати гибких костных имплантатов любого размера и формы, – от цилиндрических структур костей ноги до целого черепа. Более того, готовый имплантат, оказавшись внутри тела, постепенно превращается в настоящую кость, что даёт хирургам дешёвый и универсальный способ "отремонтировать" перелом.

Сегодня при различных серьёзных травмах костей (например, при переломе) используется два основных способа лечения – кость берётся из других частей тела (как правило, из бедра или ребра) или используются имплантаты. И хотя второй вариант менее болезненный, современные имплантаты зачастую являются хрупкими и не могут быть видоизменены во время самой операции. Порой используются и металлические имплантаты, однако это не может быть постоянным решением, например, для детей, чей организм ещё не сформировался и продолжает расти. Понятно, что металлические имплантаты не будут расти вместе с пациентом.

Теперь же Рамилля Шах (Ramille Shah) и её коллеги из Северо-Западного университета США разработали особые чернила, которые можно с помощью трёхмерной печати преобразовать в костные имплантаты. Последние, по утверждению исследователей, будут иметь прочную структуру, но при этом оставаться невероятно эластичными. Такие характеристики позволят хирургам резать и манипулировать ими во время операции, чтобы получить идеальную форму.

Сам материал изготовлен из традиционного для этой отрасли гидроксиапатита (hydroxyapatite) – это минерал, который встречается в костях, и PLGA — полимера, который связывает минеральные частицы вместе. Именно это сочетание и определяет эластичность имплантата. Отмечается, что PLGA является биосовместимым и биоразлагающимся полимером, который используется во многих медицинских областях.

По словам учёных, в имплантат, оказавшийся на нужном месте, быстро проникают кровеносные сосуды и искусственная ткань постепенно превращается в настоящую костную.

Специалисты назвали новинку "сверхэластичной костью". По их словам, материал пригодится хирургам-реконструкторам в очень многих областях, начиная от переломов костей до внедрения имплантатов, которые помогают восстановлению лица после травмы или химиотерапии.

Учёные говорят, что другие вещества могут быть также добавлены в разработанные ими "чернила", например, антибиотики. "Мы можем включить антибиотики, чтобы уменьшить вероятность инфекции после хирургической операции. Мы также можем сочетать чернила с различными типами факторов роста, если это необходимо для дальнейшего повышения регенерации. Это очень многофункциональный материал", — добавляет Шах.

 

"В нашем представлении медики могли бы использовать трёхмерную печать и сверхэластичные костные чернила прямо в больницах, так что хирурги смогут создать индивидуальные имплантаты всего за 24 часа. Можно использовать готовые образцы или имплантаты, созданные под конкретного пациента с помощью сканирования", — говорит Шах.

Адам Якус (Adam Jakus) из Северо-Западного университета считает, что имплантаты так хорошо "подражают" натуральным костям благодаря своей пористой структуре и минеральным веществам, что организм принимает их за неполноценные кости, нуждающиеся в восстановлении.

В ходе тестирования имплантаты вылечили позвоночные дефекты у крыс так же быстро и качественно, как и существующие методы лечения. Спустя восемь недель после внедрения материала исследователи обнаружили, что новые кровеносные сосуды проросли в имплантат, а это необходимый этап для сохранения ткани, формирующей кость. Кроме того, кости начали формироваться в имплантате из существующих стволовых клеток крыс.

Учёные также создали имплантат для восстановления части черепа макаки-резуса. Изначально имплантат получился довольно большим, но хирургам удалось обрезать его точно по форме во время операции. Спустя четыре недели имплантат прижился без каких-либо признаков инфекции или других побочных эффектов.

По словам Шаха, новый материал может появиться в клиниках уже в течение ближайших пяти лет, но прежде нужно провести ещё ряд исследований, в том числе на человеке. Пока же эксперименты проводились только на животных. "Работа показывает, что материал может стать прорывом в ортопедической, черепно-лицевой и детской хирургии, когда дело доходит до восстановления и регенерации кости", — добавляет учёный.

Исследование описано в научном жкрнале Science Translational Medicine.

Добавим, что это далеко не первый случай использования трёхмерной печати в медицине. На днях мы писали о том, что молодые хирурги будут учиться оперировать на модели человека, распечатанной на 3D-принтере. А созданные при помощи аддитивной печати зубы защитят рот от бактерий. О других важных достижениях в области трёхмерной печати читайте в нашей специальной рубрике.

Сегодня