Pištolj za lijepljenje kostiju 3D ispisom

Korejski i američki istraživači modificirali su pištolj za lijepljenje kako bi ispisivali koštane transplantate, za koje kažu da bi se mogli 3D printati izravno na prijelome i defekte tijekom operacije.

Alat je do sada testiran na zečevima, gdje je tim uspio brzo stvoriti složene koštane implantate bez potrebe za unaprijed izrađenim dijelovima. Osim toga, tim je izradio ove transplantate s visokom strukturnom fleksibilnošću, kao i sposobnošću oslobađanja protuupalnih antibiotika i pomaganja prirodnog ponovnog rasta kostiju na mjestu presađivanja.

Važno je napomenuti da trenutne metode fiksiranja kostiju koriste metal, donorsku kost ili 3D printane materijale za popravak prijeloma, a za sve to je potrebno vrijeme za izgradnju ili pripremu u slučaju nepravilnih prijeloma kostiju.

U ovoj novoj studiji, tim je uspio ispisivati ​​in situ, uzimajući element prirodne kosti za koji se zna da potiče zacjeljivanje i biokompatibilnu plastiku te ih miješajući u 'ljepilo' koje će se vezati i prilagoditi nazubljenim žljebovima slomljene kosti.

Tim je optimizirao 3D printane transplantate za visoku strukturnu fleksibilnost, oslobađanje protuupalnih antibiotika i poticanje prirodnog ponovnog rasta kosti na mjestu cijepljenja.

„Naša predložena tehnologija nudi jedinstven pristup razvojem sustava ispisa in situ koji omogućuje izradu i primjenu skele u stvarnom vremenu izravno na mjestu operacije“, kaže Jung Seung Lee, koautor i izvanredni profesor biomedicinskog inženjerstva na Sveučilištu Sungkyunkwan. „To omogućuje vrlo precizno anatomsko podudaranje čak i kod nepravilnih ili složenih defekata bez potrebe za preoperativnom pripremom poput procesa snimanja, modeliranja i obrezivanja.“

Materijal koji se uvodi u pištolj za ljepilo je filament koji se sastoji od dvije glavne komponente: hidroksiapatita (HA), dijela prirodne kosti poznatog po tome što potiče zacjeljivanje, i biokompatibilnog termoplasta polikaprolaktona (PCL).

PCL se može ukapljiti na temperaturama i do 60°C, što je, kada se nanosi toplinski modificiranim pištoljem za ljepilo, dovoljno hladno da spriječi oštećenje tkiva tijekom kirurške primjene, a istovremeno se prilagođava nazubljenim žljebovima slomljene kosti. Prilagođavanjem udjela HA i PCL-a unutar filamenta, tim može prilagoditi tvrdoću i čvrstoću graftova različitim anatomskim potrebama.

Budući da je infekcija čest problem s kirurškim implantatima, istraživači su u filament ugradili vankomicin i gentamicin, dva antibakterijska spoja.

I u kulturi u Petrijevoj zdjelici i u tekućem mediju, skela filamenta uspješno je inhibirala rast E. coli i S. aureas, dvije uobičajene bakterije sklone uzrokovanju infekcija nakon operacije. Zbog fizičkih svojstava HA i PCL unutar filamenta, lijekovi se polako oslobađaju i mogu se izravno proširiti na mjesto operacije tijekom nekoliko tjedana.

Kao dokaz koncepta, uređaj je testiran na teškim prijelomima bedrene kosti kod zečeva. Unutar 12 tjedana nakon operacije, tim nije pronašao znakove infekcije ili nekroze te je pokazao bolje rezultate regeneracije kostiju u usporedbi sa zečevima kojima je presađen koštani cement, sredstvo za brtvljenje koje se obično koristi za liječenje koštanih defekata.