הדפסת תלת מימד מממשת התחדשות של עצמות שבורות, אשר יחולל מהפכה ברפואה רגנרטיבית

בעשורים האחרונים חלה התקדמות משמעותית במדעי הרפואה, תוך מתן פתרונות חדשניים למחלות קשות בעבר. מחקר שפורסם הראה כי שיטה של שימוש בהדפסה בתלת-ממד כדי לחדש רקמת עצם יכולה לחולל מהפכה ברפואה רגנרטיבית.

רפואה רגנרטיבית היא ענף של מדע הרפואה המפתח טיפולים להחלפת רקמות, איברים ותאים שניזוקו ממחלות, פגמים או פציעות. זהו תחום חדש לגמרי של מדע הרפואה, אשר צפוי לעזור לחולים עם מחלות ופציעות שהיו בעבר קשה לטפל.

חומרים ביו-אקטיביים ננו מובנים משכו תשומת לב בתחום זה בשל יכולות ההתחדשות שלהם. הם משכפלים את המאפיינים של רקמות טבעיות ומחקים את המבנה שלהם. חומרים רפואיים מתקדמים אלה ניתן לעבד וליישם באמצעות הדפסה 3D וטכנולוגיות אחרות.

התחדשות רקמת העצם: התקדמות רפואית חשובה

הזדקנות עלולה להוביל לבעיות בריאותיות מתקדמות. מחלות כגון אוסטאופורוזיס יתרחשו ככל שחולים מזדקנים, גורמים לכאב ליחידים ומגביפים את נטל הטיפול הרפואי. הטיפולים המסורתיים כוללים השתלות עצם. בנוסף, שיטות אחרות לא יכולות לחקות את המאפיינים והמבנה של רקמות טבעיות. מסיבה זו פותחו מספר תחומי מחקר חדשים, כולל הנדסת רקמת עצם.

תחום הנדסת רקמת העצם כרוך בפיתוח מכשירים ביו-מימטיים התומכים בצמיחת העצם ומעוררים התחדשות. חומרים ביו-אקטיביים מתקדמים מודפסים בתלת-ממד בפיגומים פונקציונליים לשימוש בטכנולוגיית הנדסת רקמת העצם.

אלה אינטראקציה עם רקמות היעד ולעורר תגובות טיפוליות. החומר המורכב מבוסס על קולגן והידרוקסיאפטיט מסוג 1 (המשמש גם רפואת שיניים) מכיוון שהם המרכיבים העיקריים של רקמת העצם.

החומר הביו-מימטי המורכב מייצר תגובה אוסטאופתית, אשר גורמת לצמיחה, התפשטות ואפילו בידול. זה מוביל להתחדשות של רקמת העצם. טכנולוגיית ההדפסה התלת-ממדית הנפוצה בייצור חומרים בתחום הנדסת רקמת העצם היא עיצוב שחול. זאת בשל הרבגוניות והמדרגיות שלה. עם זאת, ישנם עדיין מספר אתגרים מרכזיים בייצור חומרים ביוניים חזקים ועמידים ליישומי התחדשות העצם.

שינויים במאפיינים צמיגות (A) וצמיגים של GEN-Coll/nanoHA (B) ו- GEN-Coll/MBG_Sr4% (C) ב-10 °C (C)

קולגן בקר מסוג 1 הוא חומר מבטיח להתחדשות רקמת עצם פגומה או חולה. חומרים ביו-אקטיביים אלה מכילים חלקיקים עשירים מבחינה תפקודית וניתן להדפיס אותם בקלות בתלת-ממד באמצעות אמבט תמיכה. עם זאת, יש כמה בעיות עם השימוש בהם. קשה להסיר אותם לחלוטין לאחר תהליך ההדפסה, והסוכן המקשר חוצה המשמש לשיפור השלמות המבנית של הסטנט יגרום לאובדן בהירות גיאומטרית וקריסה חלקית של המבנה המודפס.

תהליכים חלופיים נדרשים כדי להתגבר על המגבלות של ביו-חומרים אלה.

כעת, צוות המחקר הציע שיטה לייצר חומרים ביו-אקטיביים חזקים ומתאימים יותר המבוססים על קולגן בקר, אשר יסייעו לחולל מהפכה בטכנולוגיה של התחדשות רקמת העצם האנושית.

התהליך שדווח בעיתון נועד לשפר את המאפיינים של היווצרות קולגן בקר. סוכן הקישור הצולב נוסף לנוסח ההדפסה, ולאחר מכן הם מוסרים מאמבט התמיכה. הסוכן המקשר המועדף הוא genipin, אשר משפר את היציבות של מבנה פיגומים מודפסים 3D קולגן על ידי הפעלת קישור צולב in-situ.

הפתרון המשמש לאמבט התמיכה הוא חומצה אלגנית. מחקרים מצאו כי חומצה אלגינית שומרת על המבנה המודפס בתלת-ממד של חומר הקולגן ומוסרת בקלות ב-37 o C, המאפשר עיבוד יציב של מבנים עם מבנים גיאומטריים ברזולוציה גבוהה. השיטה פותחה באמצעות פרוטוקול שהוקם בעבר.

לאחר דגירה במשך 3 שעות ו 24 שעות ב 37°C, לבצע בדיקת סריקת משרעת (A, C) ורמפה טמפרטורה (B, D) על GEN-Col / nanoHA

בחר חלת דבש וגיאומטריית רשת כדי להעריך את יכולת ההדפסה של החומר. מספר ניסויים בוצעו עם פרמטרים שונים כדי לספק רמה טובה של שליטה ולספק הבנה של התוצאות. השפעתו של כל פרמטר על נאמנות ההדפסה ורזולוציה של מבנה הפיגומים הסופי מהווה את הבסיס לשינוי.

המחקר הגיע למסקנה כי פרמטרים אלה צריכים להיות מכווננים היטב כדי להשיג את התוצאות הרצויות כי הם שזורים זה בזה.

הניתוח החזותי של סוגר ההדפסה אישר כי תהליך ההדפסה מימש בהצלחה שכפול גיאומטרי. קווים וחורים ברורים מיוצרים. לאחר lyophilization, המורפולוגיה נותחה על ידי FE-SEM, אשר הראה כי חלקיקים הופצו בהצלחה במטריצה.

תוצאות אלה מצביעות על כך שהשימוש בתהליך זה להדפסה תלת-ממדית של חומרי קולגן מראה תוצאות טובות בהתחדשות רקמת העצם.