Tulang buatan: Yang Terbaru dalam Pencetakan 3-D

Ilmuwan memiliki beberapa berita menarik tentang kemajuan suku cadang manusia. "

Segera memungkinkan mengganti tulang manusia yang rusak dengan tulang sintetis dan disesuaikan yang dibuat pada printer 3-D. Tulang "hyperelastic" ini akan diproduksi dengan "tinta" yang terbuat dari kalsium alami yang ditemukan di tulang manusia.

AdvertisementAdvertisement

Dengan kemajuan yang signifikan dari metode saat ini, para ilmuwan mengatakan bahwa tulang yang dicetak secara khusus dapat dengan cepat menginduksi regenerasi dan pertumbuhan tulang.

Itu bisa membuat prosedur medis lebih efektif, kurang menyakitkan, dan tahan lama.

Iklan

Aplikasi dapat mencakup perbaikan luka minum kraniofasial, gigi, tulang belakang, dan tulang lainnya dan olahraga.

Ilmuwan di Northwestern University menerbitkan temuan mereka bulan lalu di jurnal Science Translational Medicine.

AdvertisementAdvertisement

Baca lebih lanjut: Dokter gigi akan segera mencetak gigi antibakteri 3-D »

Membantu anak-anak

Ramille Shah, Ph D., yang memimpin tim peneliti, adalah asisten profesor ilmu dan teknik material di Sekolah Teknik McCormick dari Northwestern, dan asisten profesor pembedahan di Northwestern's Feinberg School of Medicine.

Shah menggambarkan tulang hyperelastic sebagai "biomaterial yang sangat serbaguna, bebas faktor pertumbuhan, osteoregeneratif, terukur, dan pembedahan. "

Para ilmuwan menciptakan tulang hyperelastic untuk melakukan fusi tulang belakang pada tikus dan memperbaiki cacat tengkorak pada monyet rhesus. Uji coba hewan akan berlanjut.

Shah dan timnya percaya bahwa percobaan manusia terhadap tulang sintetis mereka bisa dimulai dalam waktu lima tahun. Shah, yang mengepalai Laboratorium Rekayasa Tissue Engineering and Additive Manufacturing di Northwestern, mengatakan dalam sebuah wawancara Healthline bahwa tujuan tim ilmuwan dan dokternya adalah "untuk mengembangkan biomaterial cetak 3-D untuk jaringan tulang. regenerasi pada anak-anak "

Pasien anak-anak yang menderita cacat tulang akibat trauma atau kelahiran dapat memperoleh manfaat yang signifikan dari teknologi ini.

"Ahli bedah material saat ini yang menggunakan cacat kraniofasial adalah pelat logam dan sekrup, dan polimer, tapi bukan yang dapat terdegradasi, untuk pekerjaan wajah," kata Shah. "Cara utama sekarang adalah mengambil potongan tulang dari rusuk atau pinggul pasien dan melakukan 'auto-graft' - membentuk potongan agar sesuai dengan area cacat yang ingin mereka bentuk kembali. Tapi metode ini bisa menimbulkan masalah di tempat lain di tubuh. Pencangkokan otomatis digunakan terutama dengan anak-anak, karena Anda tidak ingin menggunakan 'benda asing' pada pasien anak-anak. "

Iklan

Operasi implantasi tulang terasa menyakitkan dan rumit untuk anak-anak, katanya. Penanaman tulang untuk auto-graft dapat menyebabkan komplikasi dan rasa sakit lainnya.Implan metalik terkadang digunakan, tapi ini bukan perbaikan permanen untuk menumbuhkan anak.

"Orang dewasa memiliki lebih banyak pilihan dalam hal implan," kata Shah. "Pasien anak tidak. Jika Anda memberi mereka implan permanen, Anda harus melakukan lebih banyak operasi di masa depan saat mereka tumbuh. Mereka mungkin menghadapi kesulitan bertahun-tahun. "

AdvertisementAdvertisement

Baca lebih lanjut: Obat 3-D: Apotek Anda sekarang akan mencetak resep Anda»

Bahan yang tepat

Komponen tulang alami sangat penting untuk kesuksesan.

Konstituen utama biomaterial Shah adalah hidroksiapatit, fosfat kalsium yang merupakan elemen struktural utama (90 persen berat) tulang vertebrata alami. Shah dan rekannya mencampur hidroksiapatit 90 persen dengan polimer medis biodegradable 10 persen biokompatibel dalam pelarut yang membuat tekstur lebih mirip cairan daripada yang padat. Konsistensi itu seperti lem Elmer, "kata Shah.

AdvertisementAdvertisement

Campuran disebut "tinta" karena digunakan pada printer 3-D.

Setelah campuran diekstrusi, pelarut utama segera menguap dan memadatkan materialnya. Struktur bahannya keropos dan bisa digunakan pada suhu kamar. Porositas tinggi sangat penting karena sel dan pembuluh darah harus menyusup ke dalam perancah struktural untuk meningkatkan integrasi jaringan, "Shah menjelaskan.

Selain itu, konsentrasi hidroksiapatit yang tinggi menciptakan lingkungan yang mendorong regenerasi tulang cepat.

"[tulang hiperelastik] dirancang untuk menurunkan dan merombak menjadi tulang alami, dan karena itu dapat tumbuh dengan pasien," kata Shah. "Ini menghilangkan kebutuhan akan operasi di masa depan, seperti yang dilakukan dengan pelat logam atau implan. "

Baca lebih lanjut: Periset menemukan cara untuk mencetak jaringan manusia»

Produk serbaguna

Tulang hyperelastik serbaguna dan dapat dicetak dengan berbagai kekuatan.

Itu termasuk tulang yang sangat elastis, yang bisa menahan beban signifikan dan juga benda yang lebih berongga atau padat. Sifat mekanik ini ditentukan oleh arsitektur objek cetakan 3-D, kata Shah.

Sintetis tulang bisa disesuaikan untuk setiap pasien. Berbagai aplikasi termasuk perbaikan patah tulang belakang, cedera obat olahraga, dan cedera ACL dan rotator cuff yang memerlukan penyembuhan jaringan lunak ke tulang, kata Shah.

Dalam aplikasi kraniofasial dan gigi, dan untuk deformitas wajah, tulang pengganti dapat dicetak "agar sesuai dengan simetri dan anatomi pasien dengan sempurna, terutama bila ada komponen estetika yang penting untuk hasil pasien," katanya..

"Bahannya sangat elastis juga, dan ahli bedah bisa memanipulasinya," kata Shah. "Bahan yang tersedia sekarang sangat fleksibel, dan tidak sulit dipotong dan bentuk. Ketika ahli bedah mendengar tentang ini, mereka sangat senang. "

Baca lebih lanjut: Hidup dengan mesin pankreas buatan»

Penting di kepala, operasi wajah

Sifat tulang hyperelastic sangat penting dalam memperbaiki tulang di kepala dan wajah.

"Dalam kekurangan kraniofasial, kita dapat membuat objek yang memperbaiki atau menutupi cacat, memungkinkan kita untuk menjaga simetri wajah," kata Shah. "Kita bisa mencetak sesuatu yang spesifik pada pasien. Materi akan melalui perancah. Ini penting, karena jika Anda tidak memiliki pembuluh darah di dalam defek, Anda bisa terkena jaringan nekrosis [jaringan kematian]. Di dalam perancah, sel akan menyimpan bahan tulang baru. Dengan implan permanen, Anda harus menggantinya dengan waktu. Bahan baru ini tumbuh dengan pasien dan tidak invasif. "

Antibiotik dapat ditambahkan untuk mengendalikan infeksi.

Para peneliti melakukan proses pencetakan 3-D pada suhu kamar, yang memungkinkan mereka menambahkan elemen lain, seperti antibiotik, ke tinta.

"Kita bisa memasukkan antibiotik untuk mengurangi kemungkinan infeksi setelah operasi," kata Shah. "Kita juga bisa mengkombinasikan tinta dengan berbagai jenis faktor pertumbuhan, jika perlu, untuk lebih meningkatkan regenerasi. Ini benar-benar bahan multifungsi. "

Baca lebih lanjut: Transplantasi kepala mungkin terjadi … dan etis? "

Pengganti yang dipersonalisasi

Ahli bedah menggunakan bahan tulang sintetis Shah akan dapat memindai tubuh pasien dan menciptakan tulang pengganti yang dipersonalisasi pada printer 3-D. Sifat mekanis yang fleksibel dari biomaterial memungkinkan dokter untuk dengan mudah memotong dan membentuknya sesuai ukuran selama prosedur pembedahan. Tidak hanya ini lebih cepat, kata Shah, tapi juga kurang menyakitkan dibandingkan dengan menggunakan bahan auto-graft.

Dia berharap bisa mendapatkan dana dari pemerintah dan perusahaan, dan baru-baru ini mendirikan perusahaan start-up di Northwestern untuk mengeksplorasi aplikasi untuk pekerjaannya.

Shah menantikan hari ketika "waktu penyelesaian untuk sebuah implan yang khusus untuk pelanggan bisa berada dalam 24 jam. Itu bisa mengubah dunia operasi kraniofasial dan ortopedi, dan, saya harap, akan memperbaiki hasil pasien. "