Ученые из Северо-Западного Университета разработали новый тип пластика для 3D-принтеров, который можно использовать для печати эластичных искусственных костей. Он не вызывает имунного ответа, самостоятельно заполняется клетками и окостевает естественным образом.
Материал для искусственной кости создан на основе минерала гидроксиапатита, который присутствует в настоящих костях, обеспечивая их жесткость, и полиэфира поликапролактона – биосовместимого полимера, широко использующегося в медицине. Полимерная часть составляет 10% нового материала по массе, однако этого оказывается достаточно для обеспечения его высокой эластичности. “Искусственные кости” на основе материала можно растягивать без разрушения структуры на 30-60% длины.
Также материал обладает высокой пористостью – микропустоты составляют до половины объема “искусственной кости”. Это позволяет клеткам проникать во внутреннюю структуру материала и заселять ее, осуществляя таким образом регенерацию. В искусственных костях при этом появляются кровеносные сосуды и начинает расти настоящая костная ткань. Со временем поликапролактон разрушается до капроновой кислоты, воды и CO2, а внутри имплантата остаются минеральная часть и собственные клетка пациента.
Ученые протестировали новый материал на мышах и крысах. У последних с помощью имплантатов на основе нового материала медики пытались вылечить перелом позвоночника, что в результате удалось сделать даже эффективнее, чем с помощью донорских графтов (кусочков настоящей кости, которую используют как имплантат). Отдельный тест материала был сделан и на макаках, которым вживляли искусственную кость из нового материала вместо одного из фрагментов черепа. По словам авторов, ни в одном случае не наблюдалось воспаления или иного нежелательного ответа от иммунной системы. Кровеносные сосуды хорошо проникали в имплантаты и заселяли их живыми клетками.
Подобные искусственные материалы, которые имплантируются на место поврежденного органа и затем заселяются собственными клетками пациента, медики называют скеффолдами, т. е. каркасами. Обычно в составе скеффолдов присутствуют специальные факторы роса, которые должны стимулировать рост клеток. Иногда в состав скеффолда добавляют стволовые клетки – эта технология исследуется, но пока не применяется в клинике. В данном случае авторам материала удалось добиться хорошего заживления без использования факторов роста (таких как BMP) и стволовых клеток.
В области протезирования костей основными недостатками искусственных скеффолдов являются излишняя хрупкость и повышенный риск развития воспаления. Альтернативный подход подразумевает использование собственных костных тканей пациента, полученных с другого органа, однако эта технология тоже не лишена серьезных недостатков. Она требует проведения сложной операции, что занимает много времени, но не всегда гарантирует результат. Получение же искусственных костей с помощью 3D-печати не только проще, но и несопоставимо быстрее – создание имплантата, по словам авторов, занимает около 5 часов.
На данный момент говорить о полной безопастности технологии нельзя, так как она опробована только на животных, к тому же время наблюдений пока не превышает нескольких недель. Однако все компоненты системы уже использовались в медицине и пока не вызвали серьезных осложнений. (plastinfo/Химия Украины и мира)