Z czego można wydrukować w 3D implant kości

O implancie przypominającym naturalną tkankę kostną, który będzie stymulował komórki kościotwórcze do namnażania się - mówi serwisowi Nauka w Polsce Dagmara Słota z Politechniki Krakowskiej, która zakłada swój pierwszy zespół badawczy w ramach programu LIDER NCBR.

Jak wyjaśnia badaczka, ubytki czy rekonstrukcje kości leczy się obecnie głównie metodą przeszczepu autogennego lub allogenicznego. W pierwszym przypadku od pacjenta pobierany jest fragment jego własnej kości, pochodzący z obszaru ciała o niskim znaczeniu estetycznym. Następnie należy dostosować kształt owego fragmentu do ubytku i umieścić go w miejscu niedoboru. Z kolei przeszczep allogeniczny obejmuje pobranie materiału kostnego od osoby obcej, najczęściej zmarłej, przy czym dawcę oraz biorcę musi cechować zgodność antygenów. „Po takim przeszczepie należy mimo wszystko przyjmować leki immunosupresyjne. Może dojść również do powikłań na tle immunologicznym. Ponadto, czekanie na dawcę często wymaga cierpliwości i czasu” – zaznacza Dagmara Słota.

Jak tłumaczy biotechnolog, na rynku są dostępne również implanty komercyjne, ale najczęściej wykonane są z metali, które niosą za sobą ryzyko korozji. Taki personalizowany implant metaliczny jest też drogi, ponieważ wymaga wytworzenia odrębnej formy dla każdego pacjenta.

Naukowcy postanowili skomponować taki materiał (wraz z technologią jego otrzymywania), który docelowo będzie mógł zostać wykorzystany do drukowania 3D personalizowanych implantów do tkanki kostnej.

„Chcemy skupić się na początku na implantach kości twarzoczaszki. Ważne są tu nie tylko aspekty estetyczne, takie jak przywrócenie symetrii konturów twarzy, ale również wpływ nowego materiału na funkcję kości – takie jak funkcja oczodołu, jedzenie czy też mowa. Czaszka odpowiada też za ochronę najważniejszego organu ludzkiego ciała - mózgu, stanowiącego centrum układu nerwowego. To wszystko nakreśla nam cel, jakim jest właśnie opracowanie materiału do drukowania 3D implantów kostnych” – wylicza Dagmara Słota.

Materiały, które mają mieć kontakt z organizmem żywym muszą zostać przebadane na szeroką skalę. Naukowcy będą dążyli do tego, aby implant miał wytrzymałość czy też twardość zbliżoną do naturalnej kości. Planowane są badania in vitro, czyli w szkle w symulowanym środowisku biologicznym, a ostatecznie zostanie sprawdzone bezpieczeństwo in vivo. 

„Pragniemy, aby nasz materiał cechował się pewnymi nowymi cechami w stosunku do innych, obecnie dostępnych materiałów do biodruku. Jednym z założeń jest bioaktywność. Oznacza ona, że implant będzie stymulował komórki kościotwórcze do namnażania, co przełoży się na szybszą rekonwalescencję pacjenta. Również skład fazowy materiału ma przypominać naturalną tkankę kostką. Będzie trochę porowaty, a to umożliwi wrastanie w niego naczyń krwionośnych, co z kolei zminimalizuje ryzyko przemieszczenia. Planów jest dużo, ale wierzę, że uda się je wszystkie zrealizować” – wyraża nadzieję Dagmara Słota.

Badaczka jest przekonana, że wydruk personalizowanych, innowacyjnych implantów technologią druku 3D, umożliwi pacjentom szybszy zabieg, skracając tym samym czas oczekiwania.

„Sama procedura przygotowania modelu 3D implantu zaczyna się od zobrazowania kształtu i wymiarów ubytku, jaki ma zostać nim wypełniony. Najczęściej odbywa się to za pomocą rentgenowskiego tomografu komputerowego lub rezonansu magnetycznego. Następnie implant jest drukowany i pacjent może zostać poddany operacji. Cała procedura skraca się w ten sposób do kilku dni. Zatem możliwe będzie szybkie przeprowadzenie zabiegu z wszczepieniem spersonalizowanego implantu, który poprzez stymulację komórek kościotwórczych, przełoży się na szybszą rekonwalescencję” – podsumowuje liderka zespołu, w którym pracują również nanotechnolog, inżynier automatyki i robotyki oraz specjaliści do spraw druku 3D, mikrobiologii medycznej, immunologii i diagnostyki laboratoryjnej, a także inżynierii materiałowej i biomedycznej. 

Dagmara Słota przyznaje, że w praktyce medycznej znane są już próby wszczepiania personalizowanych implantów z druku 3D. W przypadku implantu również należy przyjmować leki działające przeciwko odrzuceniu go przez organizm, jednak rodzaj, dawka czy sam czas przyjmowania leku jest ustalany przez lekarza. 

Biotechnolog podkreśla, że w prowadzonym przez nią projekcie nowością będzie skład materiału i jego zdolność do przyśpieszania procesów regeneracyjnych. 

„Implant będzie bazował na polimerach, które będą odpowiednio modyfikowane, aby zwiększyć bioaktywność” – mówi badaczka i zaznacza, że szczegóły dotyczące składu implantu muszą zostać tajemnicą, ponieważ na rynku nie ma jeszcze materiału o takiej kompozycji, jaką założyła wraz z członkami grupy. 

Karolina Duszczyk / Nauka w Polsce

opublikowano: 20.01.2024 / foto: pk.edu.pl