Новости

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

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.
Читайте также
История шестиногого монстра, созданного для армии США
История шестиногого монстра, созданного для армии США
Вооруженные силы США потратили миллионы долларов на разработку гигантских шестиногих шагающих грузовиков в 1980-х годах
Устройства для ЗОЖ. Где правда, а где ложь?
Устройства для ЗОЖ. Где правда, а где ложь?
Насколько врут умные часы и другие гаджеты для подсчета пульса, калорий, давления, шагов, жира и прочего?
Античный драматург Софокл — прадедушка фотографии и кино?
Античный драматург Софокл — прадедушка фотографии и кино?
Почему в Античности не додумались создать фотоаппарат?