Denník N

Švajčiarski vedci tlačia implantáty kostí pomocou 3D tlačiarne

Projekt švajčiarskeho Nanoinštitútu s názvom Bioprint prináša náhrady kostí šité na mieru pacientov. Foto – sni.ch
Projekt švajčiarskeho Nanoinštitútu s názvom Bioprint prináša náhrady kostí šité na mieru pacientov. Foto – sni.ch

Švajčiarski vedci pracujú na príprave transplantátov kostí na mieru, ktoré tlačia pomocou 3D tlačiarne. Ich materiál má imitovať vlastnosti prírodného kostného tkaniva.

Počas posledných dvadsiatich rokov sa technológia tlače vyvinula z 2D na 3D formát. Umožnilo to urýchlenie rozvoja mnohých oblastí vedy a techniky, ako napríklad chémie a biochémie (lepšia vizualizácia molekúl alebo tlač laboratórnych pomôcok), antropológie (tlač replík artefaktov), farmácie (tlačenie tabliet) či vyučovania dizajnu.

Okrem toho sa 3D tlač už dnes používa na výroby mostovdomácich teleskopov, súčiastok bicyklov, protéz končatínáut, šiat či šperkov.

3D tlač sa každým dňom stáva stále viac dostupnou, mnohé firmy a výskumné skupiny sa snažia vyvinúť lacnú a ľahko obsluhovateľnú tlačiareň.

Aj v mojej výskumnej skupine používame 3D tlač. Napríklad na vizualizáciu interakcií v aktívnom mieste nášho proteínu a pri učení. Na fotografii je model streptavidínu, bielkoviny, z ktorej pripravujeme takzvané umelé enzýmy. FOTO - Martina Hestericová
Aj v mojej výskumnej skupine používame 3D tlač. Napríklad na vizualizáciu interakcií v aktívnom mieste nášho proteínu a pri učení. Na fotografii je model streptavidínu – bielkoviny, z ktorej pripravujeme takzvané umelé enzýmy. Foto – Martina Hestericová

Okrem toho umožnila 3D tlač prípravu biokompatibilných a podporných materiálov pre medicínu, ktoré nezaťažujú organizmus a ktoré by sa mohli použiť ako transplantáty tkanív, ale aj celých orgánov a orgánových sústav.

Takéto transplantáty by na rozdiel od pestovania orgánov z kmeňových buniek nemuseli čeliť etickým problémom. V takomto výskume sú kľúčové pojmy ako biokompatibilita, biomechanické vlastnosti, chémia a štruktúra povrchu.

Biotlač kostí

Výskumný tím z Univerzity aplikovaných vied severozápadného Švajčiarska pod vedením Ing. Schumachera vedie projekt zameraný na tlačenie náhrad kostí. Projekt má priliehavý názov „Bioprint“.

Ten je súčasťou švajčiarskeho nanoinštitútu a okrem prípravy samotných náhrad kostí sa zameriava aj na ich dizajn na mieru pacientov. Implantáty kostí sú vyrobené z 3D vytlačeného materiálu zloženého najmä z hydroxyapatitu – jednej z hlavných zložiek ľudských pevných tkanív ako kosti a zuby.

„Výrobu začíname hydroxyapatitom, z ktorého sa pripraví zmes na 3D tlač. Hotová matrica sa ošetrí plazmou a infiltruje bunkami a rôznymi plastovými materiálmi, ktoré zvýšia elasticitu materiálu,“ povedal pre Denník N Ing. Schumacher. „Následne sa v matrici vyplnia medzery pomocou hydroxyapatitových nanočastíc. Výhodou tejto metodológie je zamedzenie kontaminácie počas infiltrácie bunkami.“

Aby boli takéto novodobé biomateriály aktívne, musia čo najviac pripomínať prirodzené tkanivo. Jednou z vlastností, ktorú by mali spĺňať, je špecifická veľkosť pórov. Tie majú v kosti veľkosť okolo štyroch mikrometrov.

FOTO - omicsonline
Takto vyzerá hydroxyapatitová matrica po vytlačení 3D tlačiarňou. Medzery v štruktúre sa vyplnia nanočasticami, polymérmi alebo inými podpornými materiálmi. Foto – omicsonline

Aditíva na vylepšenie vlastností

Systém 3D tlače kostných transplantátov má svoje obmedzenia. Jedným z problémov je možnosť vzniku zápalu, ale s ním sa v Bioprinte už stihli vyrovnať.

„Do nášho materiálu je možné po vytlačení pridať aj látky s antimikrobiálnou aktivitou, napríklad strieborné nanočastice. Okrem toho je možné pridať rastové faktory na urýchlenie integrácie materiálu do kosti,“ vysvetľuje Schumacher.

Takáto náhrada kostí si ešte stále vyžaduje výskum. Infiltrácia polymérmi ako kolagén, polyvinylalkohol (PVA) či polykaprolaktón (PCL) síce zvýši mechanické vlastnosti, no aby sa vedci dokázali vyrovnať pevnosti kosti, museli by nájsť iné spevňovacie aditíva. Ľudská kosť totiž dokáže odolať tlaku až 50 megapascalov (údaj pre stehennú kosť).

Dostupné z doi: 10.4172/2090-5025.S1-01210.1108/13552540710776197.

Teraz najčítanejšie