Search cabinet

3D-печать для создания костных имплантатов: новые перспективы

А.А. Ливанова

Органотипическое восполнение дефектов костей, возникающих из-за травм, удаления опухоли или на этапе коррекции врожденных заболеваний, является одной из важных задач реконструктивно–пластической хирургии. Причем, проблема замещения «твердых тканей» не ограничивается сегодня лишь стоматологией и челюстно-лицевой хирургией. Как известно, «золотым стандартом» среди остеопластических материалов, которые применяются для этих целей, является аутотрансплантация ткани, то есть пересадка собственной костной ткани пациента. Однако, отсутствие возможности получения большого объема аутоматериала, а также серьезные оперативные вмешательства при заборе существенно ограничивают применение этого подхода. В этой связи одной из задач тканевой инженерии стала разработка материалов, имитирующих костную ткань. Большое количество таких материалов на основе керамики, полимеров и их комбинаций уже применяются в клинической практике. Научные разработки в этой области направлены на повышение биоактивности материалов, а также на создание новых конкурентоспособных технологий.

Наиболее перспективным подходом к ее решению является создание персонализированных биоинженерных конструкций на основе материалов и структур, обеспечивающих эффективность процессов неоостеогенеза in vivo в организме человека. Для изготовления персонализированных трехмерных структур заданной архитектуры из таких материалов в мире все чаще используют технологии аддитивного производства (в частности, технологии 3D печати). В качестве «чернил» используется композиционный материал, из которого слой за слоем формируется имплантат необходимой формы в соответствии с созданной моделью. Такой метод обеспечивает быстрое, надежное и воспроизводимое создание матрикса любой требуемой формы. Не так давно коллектив под руководством В.С. Комлевым (Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (Москва) совместно со специалистами Института лазерных и информационных технологий (Троицк), РОНЦ им. Н.Н. Блохина (Москва) и Института стволовых клеток человека (Москва) выполнил пилотное исследование по созданию и апробированию таких керамических «чернил» для печати прототипированного эквивалента костного матрикса in vivo (http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fbioe.2015.00081/abstract).

Альтернативному подходу посвящено новое исследование, опубликованное в очередном выпуске журнала «Гены и клетки» (№ 2, 2015): «Некоторые физико-химические и биологические характеристики трехмерных конструкций на основе альгината натрия и фосфатов кальция, полученных методом 3D-печати и предназначенных для реконструкции костных дефектов». Авторы (Н.С. Сергеева, В.С. Комлев, И.К. Свиридова и др.) разработали трехмерные конструкции с тремя типами гранулированных фосфатов кальция, аналогами минеральной составляющей костной ткани – трикальцийфосфатом, карбонатгидроксиапатитом и октакальциевым фосфатом. Основные требования, предъявляемые к подобным конструкциям – их прочность, пористость, биосовместимость и отсутствие цитотоксичности. В этой связи авторы изучили ряд физико-химических характеристик полученного материала (изучение микроструктуры посредством сканирующей электронной микроскопии, оценка фазового состава методом рентгенофазового анализа, а также оценка прочностных характеристик) наряду с исследованием биомедицинских особенностей in vitro и in vivo.

Ранее эта же группа авторов проводила большое количество исследований с другими типами биоматериалов, предназначенных для замещения костных дефектов: композиционных материалов на основе полилактогликолида и гранул скелета натуральных кораллов [2], серебросодержащего трикальцийфосфата [3], карбонатгидроксиапатита [4] и т.д., полученных с использованием керамической технологии и т.д. Однако, лишь применение технологии 3D-принтинга позволяет получать персонифицированные имплантаты, соответствующие форме и размеру костного дефекта, что является безусловно перспективным подходом для использования в реконструктивно-пластической хирургии в ортопедии, травматологии, онкологии и челюстно-лицевой хирургии.

Литература:

1. Komlev V.S., Popov V.K., Mironov A.V., Fedotov A.Y., Teterina A.Y., Smirnov I.V., Bozo I.Y., Rybko V.A., Deev R.V. 3D Printing of Octacalcium Phosphate Bone Substitutes. Front Bioeng. Biotechnol. 20158 ;3: doi: 10.3389/fbioe.2015.00081.

2. Сергеева Н.С., Свиридова И.К., Франк Г.Л., Кирсанова В.А., Ахмедова С.А., Шанский Я.Д., Кротова Л.И., Попов В.К. Исследование матриксных свойств, биосовместимости и остеопластических потенций композиционных материалов на основе полилактогликолида и гранул скелета натуральных кораллов различной дисперсности. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2013; 4:17-23.

3. Хон В.Э., Загородний Н.В., Мамонов В.Е., Гласко Е.Н., Петракова Н.В., Шальнев А.Н., Пхакадзе Т.Я., Комлев В.С. Исследование биосовместимости и антибактериальных свойств in vivo серебросодержащего трикальцийфосфата. Вестник травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова 2014; 3: 56–61.

4. Комлев В.С., Фадеева И.В., Гурин А.Н., Ковалева Е.С., Смирнов В.В., Баринов С.М. Влияние содержания карбонат-групп в карбонатгидроксиапатитовой керамике на ее поведение in vivo. Неорганические материалы 2009; 45(3): 373-8.

Подписаться на новости
614
Дата: 17 Декабрь 2015 г.
© При копировании любых материалов сайта, ссылка на источник обязательна.
Подняться вверх сайта