3D打印按照需要打印骨能迅速修复严重损伤

3D打印按照需要打印骨能迅速修复严重损伤

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       3D打印技术的新发展可以让医生实现打印骨骼,使医疗专业人员能够帮助患者更快地从骨损伤中恢复过来。这项新技术在猴子和老鼠身上进行完善和测试,但医学专业人士相信它将推动该行业向前发展。荷兰乌得勒支大学(Utrecht University)的生物材料工程师何塞·马尔达(Jos Malda)表示:这是一种巧妙的方法,可以克服我们在骨置换方面面临的挑战。这种脚手架比其他脚手架更容易制造,而且它提供了更多的好处。

科学报道:

外科医生目前用许多东西来代替破碎或缺失的骨头。最常见的选择是自体移植,一片骨头是从病人自己的身体中取出的,通常是从髋部或肋骨上取出,然后移植到病人骨骼的其他需要部位。外科医生更喜欢自体移植,因为它们是真正的骨,有干细胞,这些干细胞会产生软骨和骨细胞,为新的移植提供额外的支持。(人类不能用干细胞从零开始再生整个骨骼,但现有的骨骼可以指示干细胞在哪里生长和生长到什么程度。)更重要的是,由于新的骨置换来自病人自己的身体,所以没有免疫排斥的风险。但是,一个人的骨骼中只有那么多可以供移植,这样做相当于让病人又进行一次痛苦的手术和康复。

另一种骨替代方案是为骨骼生长创造一个支架。这些脚手架,由天然材料和合成材料制成,工作起来就像建筑的框架。当干细胞插入体内时,干细胞就会附着在结构上,分化成开始形成骨骼的细胞,就像建筑工人在摩天大楼的钢梁周围组装墙壁、地板和玻璃一样。

或者,至少,它应该是这样工作的与自体移植不同,干细胞并不总是因为支架材料的组成而变成所需的骨或软骨。研究人员已经让干细胞生长在一种叫做磷酸钙(Capp)的陶瓷材料上,但这种支架又硬又脆,很难植入病人体内。更糟糕的是,免疫系统偶尔会把这些脚架看作是外来的,并攻击它们,从而阻止任何骨的生长。如果一个脚手架被用来再生小骨头,比如在脸上发现的很多骨头,医生担心制造这些骨头需要花费太多的时间和金钱。

伊利诺伊州埃文斯顿西北大学的研究人员正在研究一种材料解决所有中国的这些问题。它们超弹性骨是由羟基磷灰石(一种天然矿物,存在于我们的骨骼和牙齿中)和一种叫做聚己内酯的生物相容性聚合物和溶剂组成的支架。羟基磷灰石提供的力量和化学线索,干细胞创造骨。聚己内酯聚合物增加了灵活性,溶剂将3D印刷层粘在一起,因为它在印刷过程中蒸发。这种混合物被混合成一种油墨,由打印机一层一层地分配给它,形成与需要更换的骨头完全匹配的形状。这个法是,病人会带着严重的骨折比如下颌骨折进来,而不是进行痛苦的自体移植手术或等待定制脚手架的制造,他或她可以在同一天进行x光检查,打印3D打印的超弹性骨支架。

材料科学工程师拉米尔·沙阿(RamilleShah):我们正在印刷柔性脚手架,这将鼓励骨头在它们之间和周围生长。他是这项研究的合作者。

 为了测试他们的材料,研究小组首先测试了他们的3D打印支架作为融合大鼠脊椎的材料。他们的目标是观察他们的材料是否能锁定两个相邻的脊椎,以及其他通常用于治疗脊柱损伤患者的支架。西北大学的研究人员植入超弹性骨8周后,他们发现新的血管已经生长到支架中这是保持骨形成组织存活的必要步骤钙化骨开始从大鼠现有的干细胞中形成。这个组合融合了椎骨。比接受供体骨移植的对照组更有效率,或者根本不接受任何骨移植。,研究人员今天发表在科学翻译医学上。

研究人员还使用超弹性骨修复猕猴受损的头骨。4周后植入超弹性骨,支架内有血管和部分钙化骨。同样重要的是,猕猴没有受到任何不利的生物影响,如炎症或感染,许多合成植入物可能造成。

马尔达说

由于墨水材料即羟基磷灰石以及聚合物和溶剂通常用于生物医学工程实验室,因此超弹性骨的印刷成本很低。更重要的是,研究人员能够根据3D打印标准快速制作出闪电般的脚手架,每个脚手架不到5个小时。这意味着未来的脚手架可以被打印成精确的规格,这对于面部重建是有用的,也可以打印成外科医生可以切割和粘贴到他们想要的形状的床单。天空是这种材料应用的极限。

不过,安阿伯大学的生物医学工程师斯科特·霍利斯特(ScottHollister)没有参与这项研究,他说,这项研究还需要在人类身上重复很多次。如果可以的话,那对全世界的病人来说都是一件好事。易于打印可定制植入物的能力是一大进步,并将在从整形手术到肿瘤切除和修复等领域提供许多机会。

 

 

 

 

 


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