Imprimarea 3D realizează regenerarea oaselor rupte, ceea ce va revoluționa medicina regenerativă

În ultimele decenii, știința medicală a făcut progrese semnificative, oferind soluții inovatoare pentru bolile anterior dificile. Un studiu publicat a arătat că o metodă de utilizare a imprimării 3D pentru a regenera țesutul osos poate revoluționa medicina regenerativă.

Medicina regenerativă este o ramură a științei medicale care dezvoltă terapii pentru înlocuirea țesuturilor, organelor și celulelor deteriorate de boli, defecte sau leziuni. Acesta este un domeniu nou-nouț al științei medicale, care se așteaptă să ajute pacienții cu boli și răni care anterior erau dificil de tratat.

Materialele bioactive nanostructurate au atras atenția în acest domeniu datorită capacităților lor regenerative. Ele reproducă caracteristicile țesuturilor naturale și imită structura acestora. Aceste materiale medicale avansate pot fi procesate și aplicate folosind imprimarea 3D și alte tehnologii.

Regenerarea țesutului osos: un progres medical important

Îmbătrânirea poate duce la probleme progresive de sănătate. Boli precum osteoporoza vor apărea pe măsură ce pacienții îmbătrânesc, provocând durere persoanelor și crescând povara îngrijirii medicale. Tratamentele tradiționale includ grefe osoase. În plus, alte metode nu pot imita caracteristicile și structura țesuturilor naturale. Din acest motiv, au fost dezvoltate câteva noi domenii de cercetare, inclusiv ingineria țesutului osos.

Domeniul ingineriei țesutului osos implică dezvoltarea de dispozitive biomimetice care susțin creșterea osoasă și induc regenerarea. Materialele bioactive avansate sunt imprimate 3D în schele funcționale pentru utilizare în tehnologia de inginerie a țesutului osos.

Acestea interacționează cu țesuturile țintă și induc răspunsuri terapeutice. Materialul compozit are la bază colagen de tip 1 și hidroxiapatită (utilizate în mod obișnuit în stomatologie), deoarece sunt principalele componente ale țesutului osos.

Materialul biomimetic compozit produce un răspuns osteopatic, care induce creșterea, proliferarea și chiar diferențierea. Acest lucru duce la regenerarea țesutului osos. Tehnologia de imprimare 3D folosită în mod obișnuit în fabricarea materialelor în domeniul ingineriei țesutului osos este turnarea prin extrudare. Acest lucru se datorează versatilității și scalabilității sale. Cu toate acestea, există încă câteva provocări cheie în fabricarea materialelor bionice robuste și durabile pentru aplicații de regenerare osoasă.

Modificări ale vâscozității (A) și proprietăților vâscoelastice ale GEN-Coll/nanoHA (B) și GEN-Coll/MBG_Sr4% (C) la 10 °C

Colagenul bovin de tip 1 este un material promițător pentru regenerarea țesutului osos deteriorat sau bolnav. Aceste materiale bioactive conțin nanoparticule bogate din punct de vedere funcțional și pot fi imprimate cu ușurință 3D folosind o baie de sprijin. Cu toate acestea, există unele probleme cu utilizarea lor. Ele sunt dificil de îndepărtat complet după procesul de imprimare, iar agentul de reticulare utilizat pentru a îmbunătăți integritatea structurală a stentului va cauza pierderea clarității geometrice și prăbușirea parțială a structurii imprimate.

Sunt necesare procese alternative pentru a depăși limitările acestor biomateriale.

Acum, echipa de cercetare a propus o metodă de a realiza materiale bioactive mai puternice și mai potrivite pe bază de colagen bovin, care va ajuta la revoluționarea tehnologiei de regenerare a țesutului osos uman.

Procesul raportat în lucrare își propune să îmbunătățească proprietățile formării colagenului bovin. Agentul de reticulare este adăugat la formularea de imprimare și apoi sunt îndepărtați din baia de suport. Agentul de reticulare de alegere este genipin, care îmbunătățește stabilitatea structurii de schelă imprimată 3D de colagen prin declanșarea reticularii in situ.

Soluția folosită pentru baia suport este acidul alginic. Studiile au descoperit că acidul alginic menține structura imprimată 3D a materialului de colagen și este ușor îndepărtat la 37 o C, ceea ce permite prelucrarea stabilă a structurilor cu structuri geometrice de înaltă rezoluție. Metoda a fost dezvoltată folosind un protocol stabilit anterior.

După incubare timp de 3 ore și 24 de ore la 37°C, efectuați testul de scanare a amplitudinii (A, C) și rampa de temperatură (B, D) pe GEN-Col/nanoHA

Selectați geometria de tip fagure și grilă pentru a evalua imprimabilitatea materialului. Au fost efectuate mai multe experimente cu parametri diferiți pentru a oferi un bun nivel de control și pentru a oferi o înțelegere a rezultatelor. Influența fiecărui parametru asupra fidelității tipăririi și rezoluției structurii finale a schelei constituie baza modificării.

Studiul a concluzionat că acești parametri trebuie ajustați fin pentru a obține rezultatele dorite, deoarece sunt împletite.

Analiza vizuală a suportului de imprimare a confirmat că procesul de imprimare a realizat cu succes reproducerea geometrică. Sunt produse linii și găuri clare. După liofilizare, morfologia a fost analizată prin FE-SEM, care a arătat că nanoparticulele au fost distribuite cu succes în matrice.

Aceste rezultate indică faptul că utilizarea acestui proces pentru imprimarea 3D a materialelor de colagen arată rezultate bune în regenerarea țesutului osos.