3D-печать костей

3D-печать живых тканей, включая роговицу, кровеносные сосуды и кожу, не является легкой задачей. Но, по крайней мере, это все живые ткани. Кость, напротив, представляет собой смесь живых и неорганических соединений в высокоструктурированной минеральной матрице. Другими словами, кость для 3D-печати — это сложная задача.

Именно поэтому биоинженеры попробовали так много различных материалов для своих синтетических костей, включая гидрогели, термопласты и биокерамику. Недавно команда университета Нового Южного Уэльса (Австралия) разработала «керамические чернила», которые можно использовать во время 3D-печати при комнатной температуре с использованием живых клеток и без применения жестких химических веществ, что заметно улучшило ситуацию по сравнению с более ранними технологиями. По словам исследователей, новая технология в итоге может быть использована для печати костей непосредственно в теле пациента.

Информация об этой разработке была опубликована в журнале Advanced Functional Materials.

3D-печать костной ткани имеет множество медицинских и исследовательских применений — моделирование костных заболеваний, скрининг на наркотики, изучение уникального микроокружения кости и, возможно, самое главное — восстановление поврежденной кости в случае травмы, рака или других заболеваний.

Современный золотой стандарт для ремонта кости — это использование для пересадки кости из другой части тела пациента. К сожалению, применение таких трансплантатов связано с высоким риском инфекции и их нельзя использовать, если необходимое количество костного материала слишком велико.

В попытке создать нужный синтетический костный материал университетские ученые сделали чернила, которые могут быть напечатаны в водной среде, такой как тело. После двух лет работы они создали биосовместимый материал на основе фосфата кальция, который образует пасту при комнатной температуре. При помещении в желатиновую ванну или другой раствор происходит химическая реакция, и паста затвердевает в пористую нанокристаллическую матрицу, похожую на структуру исходной костной ткани.

Для печати они использовали стандартный 3D-принтер Hyrel 3D Engine HR со специальной дюзой. Маленькие иглы размером от 0,2 до 0,8 мм экструдировали чернила в желатиновую ванну с температурой 37 °C. Технология, названная COBICS (ceramic omnidirectional bioprinting in cell-suspensions), может быть адаптирована к другим 3D-принтерам, таким как портативные и ручные принтеры, которые можно взять с собой в хирургическую комнату.

В своей недавней работе ученые напечатали небольшие костные структуры в желатиновой ванне, содержащей человеческие костные клетки и другие типы человеческих клеток. Затвердевающие чернила ввели живые клетки в структуру, причем эти клетки после печати приживались и начинали размножаться. Эффективность приживания составила 95%.

В настоящее время команда разрабатывает ванну для печати более крупных образцов и начала проводить испытания на маленьких животных, чтобы проверить, может ли эта технологи восстановить большую рану так же эффективно, как и живой трансплантат.