3D spausdinimas įgyvendina lūžusių kaulų regeneraciją, o tai sukels revoliuciją regeneracinėje medicinoje

Pastaraisiais dešimtmečiais medicinos mokslas padarė didelę pažangą, pateikdamas novatoriškus anksčiau sunkių ligų sprendimus. Paskelbtas tyrimas parodė, kad 3D spausdinimo metodas kauliniam audiniui regeneruoti gali pakeisti regeneracinę mediciną.

Regeneracinė medicina – tai medicinos mokslo šaka, kurianti terapiją, pakeičiančią ligų, defektų ar traumų pažeistus audinius, organus ir ląsteles. Tai visiškai nauja medicinos mokslo sritis, kuri turėtų padėti pacientams, sergantiems ligomis ir traumomis, kurias anksčiau buvo sunku gydyti.

Nanostruktūrinės bioaktyvios medžiagos šioje srityje patraukė dėmesį dėl savo regeneracinių galimybių. Jie atkartoja natūralių audinių savybes ir imituoja jų struktūrą. Šios pažangios medicininės medžiagos gali būti apdorojamos ir taikomos naudojant 3D spausdinimą ir kitas technologijas.

Kaulinio audinio atkūrimas: svarbi medicinos pažanga

Senėjimas gali sukelti progresuojančias sveikatos problemas. Ligos, tokios kaip osteoporozė, pasireikš pacientams senstant, sukeldamos skausmą asmenims ir didindamos medicininės priežiūros naštą. Tradiciniai gydymo būdai apima kaulų transplantaciją. Be to, kiti metodai negali imituoti natūralių audinių savybių ir struktūros. Dėl šios priežasties buvo sukurtos kelios naujos tyrimų sritys, įskaitant kaulinio audinio inžineriją.

Kaulinio audinio inžinerijos sritis apima biomimetinių prietaisų, kurie palaiko kaulų augimą ir skatina regeneraciją, kūrimą. Pažangios bioaktyvios medžiagos yra 3D spausdinamos į funkcinius pastolius, skirtus naudoti kaulinio audinio inžinerijos technologijoje.

Jie sąveikauja su tiksliniais audiniais ir sukelia terapinį atsaką. Kompozitinės medžiagos pagrindas yra 1 tipo kolagenas ir hidroksiapatitas (taip pat dažnai naudojamas odontologijoje), nes jie yra pagrindiniai kaulinio audinio komponentai.

Sudėtinė biomimetinė medžiaga sukelia osteopatinį atsaką, kuris skatina augimą, dauginimąsi ir net diferenciaciją. Tai veda prie kaulinio audinio regeneracijos. Medžiagų gamyboje kaulinio audinio inžinerijos srityje dažniausiai naudojama 3D spausdinimo technologija yra ekstruzinis formavimas. Taip yra dėl jo universalumo ir mastelio. Tačiau vis dar yra keletas pagrindinių iššūkių gaminant tvirtas ir patvarias bionines medžiagas, skirtas kaulų regeneracijai.

GEN-Coll/nanoHA (B) ir GEN-Coll/MBG_Sr4% (C) klampumo (A) ir viskoelastinių savybių pokyčiai esant 10 °C

1 tipo galvijų kolagenas yra perspektyvi medžiaga pažeistam ar ligotam kauliniam audiniui atkurti. Šiose biologiškai aktyviose medžiagose yra funkcionaliai turtingų nanodalelių ir jas galima lengvai atspausdinti 3D naudojant atraminę vonią. Tačiau yra keletas problemų, susijusių su jų naudojimu. Po spausdinimo juos sunku visiškai pašalinti, o stento struktūriniam vientisumui pagerinti naudojamas kryžminio ryšio agentas praras geometrinį aiškumą ir iš dalies sugrius spausdintą struktūrą.

Norint įveikti šių biomedžiagų apribojimus, reikalingi alternatyvūs procesai.

Dabar tyrėjų komanda pasiūlė metodą, kaip pagaminti stipresnes ir tinkamesnes bioaktyvias medžiagas, kurių pagrindą sudaro galvijų kolagenas, kuris padės pakeisti žmogaus kaulinio audinio regeneracijos technologiją.

Straipsnyje aprašytu procesu siekiama pagerinti galvijų kolageno susidarymo savybes. Kryžminimo agentas pridedamas prie spausdinimo kompozicijos, tada jie pašalinami iš atraminės vonios. Pasirinktas kryžminio ryšio agentas yra genipinas, kuris pagerina kolageno 3D atspausdintos pastolių struktūros stabilumą, sukeldamas in situ kryžminį ryšį.

Atraminei voniai naudojamas tirpalas yra algino rūgštis. Tyrimais nustatyta, kad algino rūgštis išlaiko 3D spausdintą kolageno medžiagos struktūrą ir yra lengvai pašalinama 37 o C temperatūroje, o tai leidžia stabiliai apdoroti struktūras su didelės raiškos geometrinėmis struktūromis. Metodas buvo sukurtas naudojant anksčiau sukurtą protokolą.

Po 3 valandų ir 24 valandų inkubacijos 37 °C temperatūroje atlikite amplitudės skenavimo testą (A, C) ir temperatūros rampą (B, D) GEN-Col/nanoHA.

Pasirinkite korio ir tinklelio geometriją, kad įvertintumėte medžiagos spausdinamumą. Buvo atlikti keli eksperimentai su skirtingais parametrais, siekiant užtikrinti gerą kontrolės lygį ir suprasti rezultatus. Kiekvieno parametro įtaka spausdinimo tikslumui ir galutinės pastolių struktūros skiriamoji geba yra pokyčio pagrindas.

Tyrimo metu padaryta išvada, kad norint pasiekti norimų rezultatų šiuos parametrus reikia tiksliai sureguliuoti, nes jie yra tarpusavyje susiję.

Vizuali spaudos kronšteino analizė patvirtino, kad spausdinimo procesas sėkmingai įgyvendino geometrinį atkūrimą. Susidaro aiškios linijos ir skylės. Po liofilizacijos morfologija buvo ištirta FE-SEM, kuri parodė, kad nanodalelės sėkmingai pasiskirstė matricoje.

Šie rezultatai rodo, kad šio proceso naudojimas kolageno medžiagų 3D spausdinimui rodo gerus kaulinio audinio regeneracijos rezultatus.