A 3D nyomtatás a törött csontok regenerálódását valósítja meg, ami forradalmasítja a regeneratív orvoslást

Az elmúlt évtizedekben az orvostudomány jelentős előrehaladást ért el, innovatív megoldásokat kínálva a korábban nehéz betegségekre. Egy publikált tanulmány kimutatta, hogy a 3D nyomtatás módszere a csontszövet regenerálására forradalmasíthatja a regeneratív orvoslást.

A regeneratív orvoslás az orvostudomány egyik ága, amely terápiákat fejleszt ki a betegségek, hibák vagy sérülések által károsított szövetek, szervek és sejtek helyettesítésére. Ez egy teljesen új szakterülete az orvostudománynak, amely várhatóan segít a korábban nehezen kezelhető betegségekben és sérülésekben szenvedő betegeknek.

A nanoszerkezetű bioaktív anyagok regeneratív képességeik miatt felkeltették a figyelmet ezen a területen. Lemásolják a természetes szövetek jellemzőit és utánozzák szerkezetüket. Ezek a fejlett orvosi anyagok 3D nyomtatással és más technológiákkal feldolgozhatók és alkalmazhatók.

Regeneráló csontszövet: fontos orvosi előrelépés

Az öregedés progresszív egészségügyi problémákhoz vezethet. Betegségek, mint a csontritkulás fordul elő, mint a betegek életkora, ami fájdalmat okoz az egyének és növeli a terhet az orvosi ellátás. A hagyományos kezelések közé tartoznak a csontátültetések. Ezenkívül más módszerek nem utánozhatják a természetes szövetek jellemzőit és szerkezetét. Emiatt számos új kutatási területet fejlesztettek ki, beleértve a csontszövet-tervezést is.

A csontszövet-tervezés területe olyan biomimetikus eszközök kifejlesztését foglalja magában, amelyek támogatják a csontnövekedést és regenerációt indukálnak. A fejlett bioaktív anyagokat 3D-ben nyomtatják funkcionális állványokba a csontszövet-mérnöki technológiában való használatra.

Ezek kölcsönhatásba lépnek a célszövetekkel és terápiás válaszokat indukálnak. A kompozit anyag az 1-es típusú kollagénen és a hidroxiapatiton alapul (amelyet a fogászatban is gyakran használnak), mivel ezek a csontszövet fő összetevői.

A kompozit biomimetikus anyag osteopathiás választ ad, amely növekedést, proliferációt és még differenciálódást is indukál. Ez a csontszövet regenerálódásához vezet. A csontszövet-tervezés területén az anyaggyártásban általánosan használt 3D nyomtatási technológia az extrudálás. Ez sokoldalúságának és skálázhatóságának köszönhető. Azonban még mindig számos kulcsfontosságú kihívás áll fenn a szilárd és tartós bionikus anyagok csontregenerációs alkalmazásokhoz való gyártásában.

A GEN-Coll/nanoHA (B) és a GEN-Coll/MBG_Sr4% (C) viszkozitásának (A) és viszkoelasztikus tulajdonságainak változása 10 °C-on

Az 1-es típusú szarvasmarha kollagén ígéretes anyag a sérült vagy beteg csontszövet regenerálására. Ezek a bioaktív anyagok funkcionálisan gazdag nanorészecskéket tartalmaznak, és könnyen kinyomtathatók egy támasztófürdővel. Vannak azonban problémák a használatukkal. A nyomtatási folyamat után nehéz teljesen eltávolítani őket, és a sztente szerkezeti integritásának javítására használt keresztkötési anyag a geometriai tisztaság elvesztését és a nyomtatott szerkezet részleges összeomlását okozza.

Alternatív folyamatokra van szükség e bioanyagok korlátainak leküzdéséhez.

Most a kutatócsoport javaslatot tett egy olyan módszerre, amely erősebb és megfelelőbb bioaktív anyagokat hoz a szarvasmarha kollagénen alapul, ami segít forradalmasítani az emberi csontszövet regenerálódásának technológiáját.

A tanulmányban közölt folyamat célja a szarvasmarha kollagénképződés tulajdonságainak javítása. A keresztkötési anyagot hozzáadjuk a nyomtatási összetételhez, majd eltávolítjuk a támasztófürdőből. A választott keresztkötési szer a genipin, amely javítja a kollagén 3D nyomtatott állványszerkezet stabilitását az in-situ keresztkötés elindításával.

A tartófürdőhöz használt oldat alginsav. Tanulmányok kimutatták, hogy az alginsav fenntartja a kollagén anyag 3D nyomtatott szerkezetét, és könnyen eltávolítható 37 o C-on, ami lehetővé teszi a nagy felbontású geometriai szerkezetű szerkezetek stabil feldolgozását. A módszert egy korábban létrehozott protokoll segítségével fejlesztették ki.

3 óra és 24 óra inkubálás után 37°C-on amplitúdó-vizsgálatot (A, C) és hőmérsékleti rámpát (B, D) kell végezni GEN-Col/nanoHA-n

Válassza ki a méhsejtet és a rács geometriáját az anyag nyomtathatóságának értékeléséhez. Számos kísérletet végeztek különböző paraméterekkel, hogy jó szintű ellenőrzést biztosítsanak és megértsék az eredményeket. Az egyes paraméterek hatása a nyomtatás hűségére és a végső állványszerkezet felbontására képezi a változás alapját.

A tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy ezeket a paramétereket finomítani kell a kívánt eredmények elérése érdekében, mert összefonódnak.

A nyomtatási konzol vizuális elemzése megerősítette, hogy a nyomtatási folyamat sikeresen megvalósította a geometriai reprodukciót. Tiszta vonalak és lyukak keletkeznek. A liofilizáció után a morfológiát az FE-SEM elemezte, ami azt mutatta, hogy a nanorészecskék sikeresen eloszlottak a mátrixban.

Ezek az eredmények azt mutatják, hogy ennek a folyamatnak a kollagén anyagok 3D nyomtatására történő használata jó eredményeket mutat a csontszövet regenerálódásában.