Ígéretes bioanyagot fejlesztettek nyomtatható csontokhoz

Amerikai kutatók olyan háromdimenziós nyomtatható bioanyagot fejlesztettek ki, amellyel szintetikus csontimplantátum állítható elő, ami ráadásul gyorsan elősegíti a csontregenerációt és –képzést.

Az új anyag, amelynek formája könnyen testre szabható, egy nap különösen hasznos lehet a csontdefektusoktól szenvedő gyerekeknél – állítják a kutatók.

A csontbeültetés sosem egyszerű művelet, gyerekeknek viszont különösen fájdalmas és komplikált. Mind felnőtt, mind gyermek páciensnél a csontot általában a test másik részéből veszik ki a pótláshoz, ami további fájdalmakhoz és komplikációkhoz vezethet. Alkalmanként fémimplantátumokat is használnak, de az nem állandó megoldás növekvő félben lévő gyerekeknél.

A Northwestern Egyetem csapata által kifejlesztett és a Science Translational Medicine folyóiratban részletezett anyag felválthatja a manapság használt kerámia tömőanyagokat és graftokat. A hiperelasztikus csont becenevet kapott új kompozitot biokompatibilisnek, porózusnak és rugalmasnak tervezték.

Ramille N. Shah, a kutatás vezetője és csapata a bioanyagot hidroxiapatit – a csontban természetes módon előforduló kalciumásvány -, és biokompatibilis, biológiai úton lebomló polimer elegyéből alkotta meg. Eme utóbbinak több egészségügyi alkalmazása van, többek között varratoknál is használják.

Eredményeik szerint a „csontanyag” ígéretesnek bizonyult állatmodellekben. Sikerét egyedülálló tulajdonságaiban látják: bár nagyrészt hidroxiapatitból áll, mégis hiperelasztikus, robusztus és porózus nano-, mikro- és makroszinten. A kutató szavai szerint a porozitás igen fontos a szövetregeneráció esetén, mivel a sejteknek és ereknek be kell jutniuk a vázba.

Míg a hidroxiapatit bizonyítottan elősegíti a csontregenerációt, notóriusan nehéz vele dolgozni. A belőle és más kalcifum-foszfát-kerámiákból készült klinikai termékek kemények és törékenyek. Ennek kompenzálására korábban főleg polimerekből álló struktúrákat készítettek, ami azonban visszavetette a biokerámia hatékonyságát.

A Shah csapata által kifejlesztett bioanyag viszont 90 százalékban hidroxiapatit, amelyet 10 százalékban borít lágy polimer. Mindennek ellenére szerkezete és nyomtatásának módja miatt igen elasztikus. A nagy mennyiségű hidroxiapatit olyan környezetet teremt, amely elősegíti a gyors csontképződést. Shah szerint a sejtek érzékelni képesek a hidroxiapatitot és reagálnak rá.

A kutatás során az új anyagot patkányban és rhesus majomban próbálták ki. A patkánynál két csigolya összeforrasztására, a majomnál a koponya egészségtelen részének pótlására használták. Néhány hét elteltével megfigyelték, hogy a csontimplantátum teljesen integrálódott a szövetbe, új erek jöttek létre, és beindult a csontképzés.

Az ígéretes eredmények ellenére megjegyezték, muszáj őket reprodukálni nagyobb léptékű kísérletekben is, de reménykednek benne, hogy öt éven belül embereken is tesztelhetik a módszert.

Az eljárás egyik legnagyobb előnye, hogy a végterméket személyre lehet szabni. A hagyományos csontátültetési műtéteknél a csontot – miután kioperálták a test másik részéből – át kell alakítani, hogy pontosan illeszkedjen a kérdéses helyre. A szintetikus anyag birtokában viszont az orvosok személyre szabott nyomatot készíthetnek a betegeknek.

Mechanikai tulajdonságainak köszönhetően ráadásul a bioanyag könnyen vágható és alakítható is az eljárás során. Ez nemcsak meggyorsítja, hanem kevésbé fájdalmassá is teszi a beavatkozást.