Портативное устройство накладывало антибиотические трансплантаты на сломанные кости кроликов
Перепрофилированный клеевой пистолет помог кроликам восстановить сломанные кости. Вместо обычного клея, он расплавляет материал, который помогает костям срастаться.
Для заживления некоторых переломов костей требуется небольшая помощь. Поэтому хирурги иногда берут кусочек кости из других частей тела, чтобы сделать пластырь, называемый трансплантатом. Или они могут использовать синтетический материал, изготовленный человеком, который имитирует кость.
Синтетические трансплантаты часто печатаются в 3D-формате. Обычно для того, чтобы убедиться, что трансплантат подойдет идеально, требуется рентгеновское сканирование и измерение повреждений. Разработка и изготовление трансплантата требует времени и может привести к задержке ремонта.
Но для использования клеевого пистолета не требуется изображения перелома. И для этого не требуется какой-либо специальной конструкции трансплантата. Портативное устройство может просто вводить трансплантационный материал прямо на перелом.
Давайте узнаем больше о костях
Идея заключалась в разработке печатающей системы, которую можно было бы легко использовать в операционных, — говорит Чон Сын Ли. Он инженер-биомедицин в Университете Сонгюнкван. Это в Сеуле, Южная Корея. По его словам, по сравнению с обычными костными трансплантатами, эта система позволяет сэкономить время, затраты и избежать сложных процедур.
Печатающее устройство содержит палочки из специально изготовленной “биоинк”. Оно безопасно для использования в организме. Оно состоит из двух компонентов, которые обычно используются для 3D-печати имплантатов. Один из них, гидроксиапатит, — это минерал, который содержится в костях. Другой — безопасный для организма пластик, называемый поликапролактоном, или PCL. Он используется для поддержки новой кости по мере ее роста. В имплантатах он “постепенно разрушается в нашем организме в течение нескольких месяцев”, — говорит Ли. Со временем, по мере разрушения трансплантата, на его месте образуется новая кость.Соотношение двух компонентов в биопленке определяет прочность и жесткость материала. Таким образом, исследователи могут адаптировать смесь для каждого случая использования. Они также добавили антибиотики в bioink для предотвращения инфекций.
Изготовление трансплантатов
Как и клеевые стержни, используемые для изготовления, bioink помещается в портативный принтер. Его можно выдавливать там, где это необходимо. Но обычные клеевые пистолеты работают при температурах, слишком высоких для живых тканей.
Поэтому исследователи модифицировали свой клеевой пистолет, чтобы он работал при более низких температурах. Они также отрегулировали наконечник для лучшего контроля. Благодаря низкой температуре плавления PCL, биопленку можно наносить при температуре около 60 ° по Цельсию (140° по Фаренгейту). Она охлаждается до температуры тела в течение 40 секунд. Весь процесс занимает всего несколько минут.Команда Ли протестировала принтер и биопринтер на сломанных костях ног у кроликов. Другая группа кроликов получила материал под названием костный цемент, который используется для прикрепления имплантатов к костям. У кроликов, получивших биопринтер, улучшилось заживление и рост костной ткани. И в течение 12 недель после операции у животных не было обнаружено никаких признаков инфекции. 5 сентября команда поделилась своими результатами в журнале Device.
На данный момент принтер по-прежнему является проверенной концепцией для людей. Ли планирует превратить его в многофункциональную систему печати. Например, в ней могут использоваться химические вещества, способствующие заживлению ран во время операций. Но сначала исследователям придется провести дополнительные исследования, чтобы убедиться в безопасности технологии. Им также нужно будет выяснить, как дезинфицировать устройство между использованиями.
Могут быть и другие ограничения. “Высокая температура экструдированного материала может вызвать стресс или гибель клеток”, — говорит Дебора Мейсон. Она работает молекулярным и клеточным биологом в Кардиффском университете в Уэльсе. Она не принимала участия в исследовании. Команда Ли работает над модификацией наконечника устройства. Это может помочь биопленке быстрее остывать после экструзии.
В будущем подобные устройства могут помочь хирургам в проведении более сложных ремонтных работ, предполагает Ньевес Кубо-Матео. Она работает инженером по биоматериалам в Университете Небрия в Мадриде, Испания. Она не участвовала в исследовании.Но для этого, по ее словам, предстоит пройти долгий путь. Принтер должен работать с другими инструментами, которые используют хирурги. К ним относятся технологии визуализации и роботизированные устройства, используемые во время операций. По ее словам, это позволит новому устройству выйти за рамки простого “устранения дефектов”. Когда-нибудь это может стать “ручкой для печати костей”, которая будет полезна для многих видов операций.
У вас есть научный вопрос? Мы можем помочь!
Отправьте свой вопрос здесь, и мы, возможно, ответим на него в следующем выпуске Science News Explorers
