3D ispis ostvaruje regeneraciju slomljenih kostiju, što će revolucionirati regenerativnu medicinu

Posljednjih desetljeća medicinska je znanost postigla značajan napredak, pružajući inovativna rješenja za ranije teške bolesti. Objavljeno istraživanje pokazalo je da metoda korištenja 3D ispisa za regeneraciju koštanog tkiva može revolucionirati regenerativnu medicinu.

Regenerativna medicina je grana medicinske znanosti koja razvija terapije za zamjenu tkiva, organa i stanica oštećenih bolestima, defektima ili ozljedama. Ovo je potpuno novo područje medicinske znanosti od koje se očekuje pomoć pacijentima s bolestima i ozljedama koje je prije bilo teško liječiti.

Nanostrukturirani bioaktivni materijali privukli su pozornost na ovom području zbog svojih regenerativnih sposobnosti. Oni repliciraju karakteristike prirodnih tkiva i oponašaju njihovu strukturu. Ovi napredni medicinski materijali mogu se obraditi i primijeniti pomoću 3D ispisa i drugih tehnologija.

Regeneracija koštanog tkiva: važan medicinski napredak

Starenje može dovesti do progresivnih zdravstvenih problema. Bolesti poput osteoporoze javljat će se kako pacijenti stare, uzrokujući bol pojedincima i povećavajući teret medicinske skrbi. Tradicionalni tretmani uključuju koštane transplantacije. Osim toga, druge metode ne mogu oponašati karakteristike i strukturu prirodnih tkiva. Iz tog razloga razvijeno je nekoliko novih istraživačkih područja uključujući inženjering koštanog tkiva.

Područje inženjeringa koštanog tkiva uključuje razvoj biomimetičkih uređaja koji podržavaju rast kostiju i induciraju regeneraciju. Napredni bioaktivni materijali su 3D ispisani u funkcionalne skele za upotrebu u tehnologiji inženjeringa koštanog tkiva.

Oni stupaju u interakciju s ciljnim tkivima i induciraju terapijske odgovore. Kompozitni materijal temelji se na kolagenu tipa 1 i hidroksiapatitu (koji se također često koristi u stomatologiji) jer su oni glavne komponente koštanog tkiva.

Kompozitni biomimetički materijal proizvodi osteopatski odgovor, koji inducira rast, proliferaciju, pa čak i diferencijaciju. To dovodi do regeneracije koštanog tkiva. Uobičajena tehnologija 3D ispisa u proizvodnji materijala u području inženjeringa koštanog tkiva je ekstruzijsko oblikovanje. To je zbog njegove svestranosti i skalabilnosti. Međutim, još uvijek postoji nekoliko ključnih izazova u proizvodnji robusnih i izdržljivih bioničkih materijala za primjenu regeneracije kostiju.

Promjene viskoznosti (A) i viskoelastičnih svojstava GEN-Coll/nanoHA (B) i GEN-Coll/MBG_Sr4% (C) na 10 °C

Goveđi kolagen tipa 1 je obećavajući materijal za regeneraciju oštećenog ili oboljelog koštanog tkiva. Ovi bioaktivni materijali sadrže funkcionalno bogate nanočestice i mogu se jednostavno 3D ispisati pomoću potporne kupke. Međutim, postoje određeni problemi s njihovom upotrebom. Teško ih je potpuno ukloniti nakon procesa tiska, a sredstvo za umrežavanje koje se koristi za poboljšanje strukturnog integriteta stenta prouzročit će gubitak geometrijske jasnoće i djelomični kolaps otisnute strukture.

Potrebni su alternativni procesi kako bi se prevladala ograničenja ovih biomaterijala.

Sada je istraživački tim predložio metodu za izradu jačih i prikladnijih bioaktivnih materijala na bazi goveđeg kolagena, koji će pomoći u revoluciji u tehnologiji regeneracije ljudskog koštanog tkiva.

Proces opisan u radu ima za cilj poboljšati svojstva stvaranja goveđeg kolagena. Sredstvo za umrežavanje dodaje se u formulaciju za tisak, a zatim se uklanja iz potporne kupke. Sredstvo za umrežavanje po izboru je genipin, koji poboljšava stabilnost kolagenske 3D tiskane strukture skela pokrećući in situ unakrsno povezivanje.

Otopina koja se koristi za potpornu kupku je alginska kiselina. Istraživanja su pokazala da alginska kiselina održava 3D ispisanu strukturu kolagenskog materijala i lako se uklanja na 37 o C, što omogućuje stabilnu obradu struktura s geometrijskim strukturama visoke razlučivosti. Metoda je razvijena korištenjem prethodno uspostavljenog protokola.

Nakon inkubacije 3 sata i 24 sata na 37°C, izvršite test skeniranja amplitude (A, C) i temperaturnu rampu (B, D) na GEN-Col/nanoHA

Odaberite geometriju saća i mreže za procjenu mogućnosti ispisivanja materijala. Provedeno je nekoliko pokusa s različitim parametrima kako bi se osigurala dobra razina kontrole i omogućilo razumijevanje rezultata. Utjecaj svakog parametra na vjernost ispisa i razlučivost konačne strukture skele čini temelj promjene.

Studija je zaključila da je ove parametre potrebno fino podesiti kako bi se postigli željeni rezultati jer su međusobno isprepleteni.

Vizualna analiza tiskarskog nosača potvrdila je da je u procesu tiska uspješno realizirana geometrijska reprodukcija. Nastaju jasne linije i rupe. Nakon liofilizacije morfologija je analizirana pomoću FE-SEM, što je pokazalo da su nanočestice uspješno raspoređene u matriksu.

Ovi rezultati ukazuju da korištenje ovog procesa za 3D ispis kolagenih materijala pokazuje dobre rezultate u regeneraciji koštanog tkiva.