Спецпроект

Ученые напечатали на 3D принтере конструктор LEGO для лечения переломов

“Столетник” | 08.08.2020

Тканевая инженерия и регенеративная медицина с появлением биопечати сделали прямо-таки квантовый скачок в своем развитии. «Напечатать новый орган», «вырастить на теле новый орган при помощи инфракрасного света», «сделать укол с клетками-строителями в повреждённый участок тела» – все это уже не цитаты из книг писателей фантастов, а вполне актуальные научные исследования, которые активно сокращают промежуток между фантастикой и реальностью. Как правило, такие исследования строятся на наблюдении и подражании созданным и зарекомендовавшим себя природным механизмам. Однако сегодня мы поговорим об открытии, которое вдохновлено произведением человеческой фантазии, легшим в основу многомиллионной индустрии: конструктором Лего.

Суть разработки, что такое «Lego для костей»

Группа ученых из Университета здоровья и науки Орегона (США), опубликовала в новом выпуске издания «Advanced Materials» разработанные ими биопечатные блоки по принципу Lego, для заживления переломов, которые в перспективе можно будет использовать и для создания искусственных органов для пересадки.

Современная костная хирургия, как правило, использует для сращивания сложных переломов и установки имплантов металлические стержни или пластины, и реже биосовместимые материалы, заполненные составами, облегчающими привыкание к ним организма человека. Оба подхода встречают ряд трудностей, особенно в случае сложных, нетипичных переломов. Не всегда пластина или штифт из-за их масштаба могут «подстроиться» под очертания травмы, а также часто импланты, как чужеродные тела, вызывают иммунный ответ организма человека, и он попросту отторгает их.

Nylon-680.jpg

Новая разработка представляет собой миниатюрные, со стороной не более 1,5 миллиметров, полые блоки, напечатанные на 3D принтере, которые по своей конструкции напоминают детали конструктора Lego. Эти маленькие кирпичики можно сложить подобно деталям конструктора тысячами самых разнообразных способов. Таким образом, их можно использовать как строительный материал для переломов любых очертаний и сложности, они могут поместиться практически в любом пространстве, кроме того, из отдельных «кирпичиков» можно собирать целые «модули». Исследователи насчитали только более 29 000 различных конфигураций из модуля блоков «четыре на четыре».

Еще одно уникальное преимущество этой новой системы состоит в том, что «детали конструктора» специально созданы полыми. Это сделано для того, чтобы их можно было заполнять разнообразными составами, индивидуально разработанными для каждого конкретного случая и для каждого иммунного ответа. Ведь в таком случае они будут содержать подходящие пациенту факторы роста и вещества, обеспечивающие «приживаемость» новой конструкции в организме.

Ряд экспериментов, проведенных на грызунах, показал, что заполненные фактором роста блоки, установленные для заживления переломов у грызунов, ускорили процессы регенерации и рост кровеносных сосудов практически в три раза по сравнению с классическими методами лечения.

Перспективы применения и планы ученых

Авторы разработки считают, что применение их разработки станет особенно актуально в тех случаях, когда требуется удалить часть кости при лечении рака и затем восстановить ее целостность, при сращении переломов позвоночного столба, и для особо сложных ортодонтических операций, сопровождающихся установкой имплантов и групп имплантов. 

shutterstock_628429727.jpg

Экспериментируя с составом для 3D-печатных материалов и базируясь на модульном подходе к клетке, группа ученых надеется в дальнейшем применить свою технологию для «ремонта» мягких тканей, а в перспективе воссоздания органов для имплантации. Однако в этом случае речь идет о более отдаленном будущем, а на данном этапе группа запланировала серию экспериментов на мышах, для проверки применения их разработки в лечении переломов самой разнообразной конфигурации и сложности.

Смежные разработки: будущее все ближе

Стоит отметить, что «кирпичный» подход для лечения костных тканей активно разрабатывают и другие группы ученых из академических учреждений по всему миру.

Так, например, исследователи из Университета Манчестера (Великобритания) разработали в ответ на необходимость срочной медицинской помощи в лагерях сирийских беженцев костные блоки, схожие с разработкой команды Орегона.

Исследователи из Технологического университета Делфта (Нидерланды) разработали и напечатали пористый титановый костный имплантат с антибактериальными свойствами. Синергетическое антибактериальное поведение трансплантата может привести к появлению нового типа имплантата, который будет служить пациенту на протяжении всей жизни с минимальным обслуживанием.

Ученые из Техасского университета (США) объединили 3D-печать, разработку биоматериалов и биологию стволовых клеток, чтобы создать новые, более эффективные трансплантаты костей лица. Высокоостеогенные каркасы не только способствуют росту костных клеток, но и служат надежной платформой для регенерации кости. Мир и не заметил, как шагнул в будущее, которое превзошло самые невероятные фантазии!

Текст: Юлия Долженкова

0 комментариев 0
Загрузка комментариев...
Получайте последние новости!