Створена «фарба» для друку штучних кісток

Вчені з Північно-Західного Університету розробили новий тип пластику для 3D-принтерів, який можна використовувати для друку еластичних штучних кісток. Він не викликає імунної відповіді, самостійно заповнюється клітинами і окостіває природним чином. Опис нового матеріалу опубліковано в журналі.

Матеріал для штучної кістки створено на основі двох речовин: мінералу гідроксиапатиту, який присутній і в справжніх кістках, забезпечуючи їх жорсткість, і поліефіру полікапролактону - біосумісного полімеру, що вже широко використовується в медицині. Полімерна частина становить всього десять відсотків нового матеріалу по масі, однак цього виявляється достатньо для забезпечення його високої еластичності. «Штучні кістки» на основі матеріалу можна розтягувати без руйнування структури на 30-60 відсотків довжини.

Крім еластичності, матеріал обрадує високою пористістю - мікропустоти становлять до половини обсягу «штучної кістки». Це дозволяє клітинам проникати у внутрішню структуру матеріалу і заселяти її, здійснюючи таким чином регенерацію. У штучних кістках при цьому з'являються кровоносні судини і починає рости справжня кісткова тканина. З часом полікапролактон руйнується до капронової кислоти, води і CO₂, а всередині імплантату залишається тільки мінеральна частина і власні клітина пацієнта.

Вчені протестували новий матеріал на мишах і щурах. В останніх за допомогою імплантатів на основі нового матеріалу медики намагалися вилікувати перелом хребта, що в результаті вдалося зробити навіть ефективніше, ніж за допомогою донорських графтів (шматочків справжньої кістки, яку використовують як імплантат). Окремий тест матеріалу був зроблений і на макаках, яким вживляли штучну кістку з нового матеріалу замість одного з фрагментів черепа. За словами авторів статті, ні в одному випадку не спостерігалося запалення або якоїсь іншої небажаної відповіді від імунної системи. Кровоносні судини добре проникали в імплантати і заселяли їх живими клітинами.

Подібні штучні матеріали, які імплантуються на місце пошкодженого органу і потім заселяються власними клітинами пацієнта, медики називають скеффолдами, тобто каркасами. Зазвичай у складі скеффолдів присутні спеціальні фактори росу, які повинні стимулювати зростання клітин. Іноді ж до складу скеффолду додають стовбурові клітини - ця технологія досліджується, але поки не застосовується в клініці. В даному випадку авторам матеріалу вдалося домогтися хорошого загоєння навіть без використання факторів зростання (таких як BMP) і стовбурових клітин.

В області протезування кісток основними недоліками штучних скеффолдів є надмірна крихкість і підвищений ризик розвитку запалення. Альтернативний підхід передбачає використання власних кісткових тканин пацієнта, отриманих з іншого органу, однак ця технологія теж не позбавлена серйозних недоліків. Вона вимагає проведення складної операції, що займає багато часу, але не завжди гарантує результат. Отримання ж штучних кісток за допомогою 3D-друку не тільки набагато простіше, але і непорівнянно швидше - створення іплантату, за словами авторів статті, займає всього близько 5 годин.

На даний момент говорити про повну безпеки технології не можна, так як вона випробувана тільки на тваринах, до того ж час спостережень поки не перевищує декількох тижнів. Однак всі компоненти системи вже використовувалися в медицині і поки не викликали серйозних ускладнень.