Использование 3D-печати для создания костных имплантатов имеет ряд преимуществ. Помимо достижения геометрии, персонализированной под анатомию пациента, эта технология совместима с различными материалами, которые могут обеспечить более желаемые свойства, чем традиционные имплантаты, часто изготавливаемые из титана . Исследователи из Университетского колледжа Лондона опубликовали в этом месяце исследование, изучающее, как взаимодействие состава чернил и дизайна печати формирует структуру, прочность и биоактивность 3D-печатных костных имплантатов. Используя специально изготовленный принтер для прямой печати чернилами (DIW), команда создала имплантаты, которые лучше направляют рост костных клеток, сохраняя при этом стабильность. Это исследование дополняет другие исследования, проведенные с целью улучшения персонализированного лечения восстановления костей.

Исследование, опубликованное в журнале Biomedical Technology, показывает, как изменение состава печатной краски и способа нанесения материала может влиять на прочность и способность имплантатов к заживлению. DIW — это технология AM, основанная на экструзии, которая печатается чернилами при комнатной температуре, в отличие от FDM , где используется нагреваемая нить накала. По словам исследователей, их 3D-печатные имплантаты механически стабильны, при этом стимулируя рост костных клеток и формирование новой ткани.

Исследования костных имплантатов, напечатанных на 3D-принтере, уже проводились, но чем же это исследование выделяется? Исследователи из Лондонского университетского колледжа обнаружили, что если напечатать имплантаты под разными углами, они ведут себя удивительным образом. «При моделировании методом послойного наплавления, распространённом методе 3D-печати, печать нитей в направлении, соответствующем приложенной силе, обычно делает имплантат прочнее», — объясняет ведущий автор Хонги Чен из Лондонского университетского колледжа. «Но с нашим подходом мы обнаружили обратное: имплантаты, напечатанные под углом 90 градусов, на самом деле обладают большей прочностью, поскольку нити сцепляются друг с другом более эффективно».

Кроме того, команда добавила в печатную краску мельчайшие частицы лапонита (наноглины). «Эти частицы сделали краску гуще, помогая отпечатанным фигурам сохранять форму, а также высвобождая биоактивные ионы, стимулирующие прикрепление и рост костных клеток», — сказал Чэнь. Примечательно, что имплантаты, содержащие лапонит, продемонстрировали увеличение жёсткости на 110% по сравнению с имплантатами из чистого полимера. Более того, костеобразующие клетки на этих имплантатах со временем демонстрировали более активную пролиферацию и минерализацию. Минерализация означает включение минералов (кальция, фосфора и других) в участки новообразованного органического костного матрикса, что приводит к увеличению плотности костной ткани.

«Отличительной чертой этого исследования является то, что мы не рассматривали только один фактор изолированно», — добавил Чен. «Изучая взаимодействие между составом чернил, ориентацией печати, структурой, механическими свойствами и реакцией клеток, мы смогли увидеть, как выбор конструкции на каждом этапе влияет на конечный биологический результат».

Следующие шаги

По сути, исследование представляет собой новый подход к разработке костных имплантатов, позволяющий исследователям сочетать механическую стабильность с биоактивностью. Это открывает потенциальные возможности для таких областей, как краниомаксиллофациальная реконструкция и дентальная костная пластика. В дальнейшем исследователи планируют изучать пористые и более сложные конструкции, а также тестировать доклинические модели. Если этот метод окажется эффективным, он позволит быстро изготавливать имплантаты, адаптированные под конкретного пациента, в больничных лабораториях или непосредственно в медицинском учреждении.  

Основываясь на исследованиях биоактивных костных имплантатов, напечатанных на 3D-принтере

Исследователи уже несколько лет разрабатывают костные имплантаты, напечатанные на 3D-принтере. Среди проектов — исследование Университета Аризоны, начатое в 2019 году, по изучению костных имплантатов, напечатанных на 3D-принтере, для лечения переломов, проект Particle3D , а также проект ELAINE (Electrically Active ImplaNtatE) Ростокского университета . Совсем недавно группа исследователей из муниципальной больницы Дессау (Германия) впервые успешно имплантировала биорезорбируемый черепной протез. В совокупности эта деятельность свидетельствует о глобальном интересе к разработке персонализированных, механически стабильных костных имплантатов, которые также стимулируют рост новых тканей.

Источник