Ученые из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее разработали технологию, которая позволит хирургам печатать на 3D-принтере имплантаты с живыми клетками для восстановления костей.
«Хотя идея 3D-печати структур, имитирующих кости, не нова, это первый раз, когда такой материал может быть создан при комнатной температуре, в комплексе с живыми клетками и без применения агрессивных химических веществ или радиации», – говорит доктор Иман Рухани из химической школы UNSW.
Действительно, 3D принтеры использовались ранее для печати протезов, которые замещали собой костную ткань. Однако сама процедура печати происходила в лаборатории, а для отверждения требовались высокотемпературные печи и токсичные химические вещества. В результате получался имплантат, заселение живыми клетками которого было затруднено.
В разработанном методе используются чернила, состоящие из фосфата кальция. При помещении в желатиновую ванну или другой раствор комнатной температуры они сначала приобретают пастоподобную консистенцию, а затем затвердевают и образуют пористую нанокристаллическую матрицу, похожую по структуре на кость.
Благодаря разработанной учеными технологии, названной COBICS (ceramic omnidirectional bioprinting in cell-suspensions) печать может быть осуществлена даже на портативных или ручных принтерах, которые легко можно разместить в операционной.
Напечатанные таким образом имплантаты по структуре максимально имитируют костную ткань и могут быть использованы для восстановления дефектов, возникших в результате травм, онкологических заболеваний или хирургических вмешательств. Помимо этого, данная технология может использоваться для моделирования клинических ситуаций, или исследования воздействия различных веществ на костную ткань.
Для проведения in vitro испытаний ученые напечатали в желатиновой ванне, содержащей человеческие костные клетки и другие типы клеток, небольшие костно-подобные структуры. В результате оценки цитосовместимости были получены данные о том, что клетки стремились заселить поверхность материала и проникали внутрь него. Выживаемость клеток составила 95%.
Это достижение действительно открывает путь к многочисленным возможностям, … от использования чернил для создания кости в лаборатории для моделирования заболеваний или в качестве биоактивного материала для реставрации зубов до прямой реконструкции кости у пациента», – считает Кристофер Килиан, ученый из команды доктора Имана Рухани.
В настоящее время команда разрабатывает форму, в которой можно будет распечатать более крупные образцы материала для проведения исследований на мелких лабораторных животных. На этом этапе ученые смогут понять можно ли использовать созданную технологию для замещения крупных костных дефектов.
