Search cabinet

Российские ученые напечатали на 3D-принтере прототип костной ткани

А.А. Куклина и др.

3D-печать тканей и органов является одним из самых передовых направлений в тканевой инженерии, а в перспективе – в реконструктивной хирургии. Насчитывается не менее десятка оригинальных технических решений для печати живых структур. Принципы воспроизведения костной ткани путем печати керамическими порашками несколько отличаются от принтинга «мягкотканных» структур. Реализовать эти принципы смогла российская научная группа, включающая материаловедов, физиков, гистологов, клеточных биологов и хирургов из нескольких учреждений Москвы (Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН, Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина, Институт стволовых клеток человека) и Казани (Казанский (Приволжский) федеральный университет).

Не секрет, что замещение дефектов костной ткани в хирургической практике остается актуальной клинической проблемой. На сегодняшний день в хирургии для замещения и реконструкции костных дефектов могут быть использованы аутогенные, аллогенные, ксеногенные и синтетические материалы, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки, связанные с кинетикой биодеградации, выраженностью остеокондуктивных и остеоиндуктивных свойств, биомеханическими параметрами, воздействием на ткани реципиентного ложа и т.д. Персонализированние имплантатов при помощи 3D-печати подразумевает использование в специально сконструированном приборе – биопринтере (рис.) специальных остеотропных «чернил», в качестве которых в данном исследовании применен порошок из различных фосфатов кальция.

Для выполнения исследования была разработана оригинальная модель костного дефекта крыши черепа кролика, подробно описанная в статье [1]. Диаметр краниального дефекта составлял 20 мм, он распространялся до затылочной, лобной и височных костей. Целостность твердой мозговой оболочки при выполнении полнослойного дефекта была сохранена.

Животным имплантировали напечатанные керамические 3D-копии удаленных костей. Применением данных конструкций не сопровождалось какими-либо нежелательными явлениями: ни одно из животных не погибло до срока выведения, послеоперационные раны заживали первичным натяжением, подвижности имплантата не наблюдалось. По данным компьютерной томографии, в периферических участках имплантатов наблюдалась его их интеграция с костными опилами, а также рост костного регенерата по верхней и нижней поверхности имплантатов к центру. При гистологическом исследовании было показано, что между имплантатом из ОКФ и окружающей костной тканью не образовывалась соединительнотканная капсула, что свидетельствует об оптимальной биосовместимости материала. Кроме того, керамический блок обладал выраженными остеокондуктивными свойствами, так как способствовал формированию костного регенерата, исходящего из костных краев дефекта и растущего по наружной и внутренней поверхности имплантата. Таким образом, благодаря использованию индивидуально изготовленного блока из керамики размеры костного дефекта в течение эксперимента сократились в 2,5 раза.

В ходе дальнейших исследований авторы планируют увеличить остеоиндуктивный потенциал материала, скорость его биорезорбции и, а также микропористость имплантируемых аналогов костей.

Нужно отметить, что в области 3D-печати персонализированных медицинских изделий из фосфатов кальция, показанных для замещения костных дефектов, активно работают и коллективы зарубежных разработчиков. В частности, известна технология Xilloc-CT-Bone® [http://www.xilloc.com/news/ct-bone/], а это значит, что отечественным специалистам необходимо продолжить их конкурентноспособную работу.

По материалам: Komlev VS, Popov VK, Mironov AV, Fedotov AY, Teterina AY, Smirnov IV, Bozo IY, Rybko VA and Deev RV (2015). 3D printing of octacalcium phosphate bone substitutes. Front. Bioeng. Biotechnol. 3:81. doi: 10.3389/fbioe.2015.00081

[http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fbioe.2015.00081/abstract]

Подписаться на новости
462
Дата: 27 Май 2015 г.
© При копировании любых материалов сайта, ссылка на источник обязательна.
Подняться вверх сайта