Ученые из университета Коимбры (Португалия) опубликовали в журнале MDPI Polymers новое исследование, изучающее потенциал различных полимеров для 3D-печати хряща для биомедицинских применений.
Команда изучила характеристики полимера PA12, который ранее исследовался для биомедицинских 3D-приложений, и нового коммерчески доступного филамента (пластик для 3D-принтера) LAY-FOMM 60 (FOMM) для 3D-печати структур, способных стимулировать восстановление хряща.
По словам исследователей, это первый случай, когда такие материалы были предложены для этого конкретного применения.
Команда исследовала PA12, который уже использовался для производства хрящевой ткани в прошлом, и новый филамент, FOMM, который, по их словам, еще не был исследован как потенциальный материал для создания хряща с помощью аддитивного производства.
Как правило, два наиболее распространенных подхода к восстановлению хряща - это полная замена, обычно с использованием кобальт-хромовых (CoCr) или сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых (UHMWPE) конструкций, или имплантация специальной основы для наращивания. Однако несмотря на то, что CoCr считается биосовместимым и неразлагаемым материалом, его жесткость приводит к механическому экранированию кости при механической нагрузке. Между тем, хотя UHMWPE обладает механическими свойствами, схожими со свойствами нативного хряща, он может быть структурно нестабильным при нагрузке.
Для восстановления и регенерации полезны биомедицинские основы (матрицы), поскольку они могут обеспечить трехмерный каркас для пролиферации клеток. Наиболее распространенными природными материалами для этого являются коллаген, агароза, хитозан, фибрин и альгинат. Используются также синтетические полимеры.
Однако до сих пор подходы к каждому из этих материалов с использованием 3D-печати были направлены на конкретный тип хряща и локальную имплантацию, что может нарушить стандартизацию структуры в будущем. Поэтому исследователи из Коимбры решили сосредоточиться на FOMM для 3D-печати структур для восстановления хряща. FOMM состоит из поливинилацетата и термопластичного полиуретана, которые ранее уже использовались для изготовления хрящевых конструкций. Они использовали PA12 в качестве контрольного материала благодаря его превосходной ударопрочности при низких температурах, низкому водопоглощению, устойчивости к растрескиванию под напряжением и усталости в условиях высокочастотной циклической нагрузки. Этот материал также ранее использовался для применения при создании хряща.
Чтобы оценить механическую жизнеспособность FOMM для структур, имитирующих хрящ, ученые напечатали образцы из PA12 и FOMM на 3D-принтере FlashForge Creator 3 FFF. Они сравнили и охарактеризовали химические, термические, набухающие и механические свойства материалов с нативным хрящом.
Было установлено, что PA12 обладает низкой способностью к набуханию, в то время как FOMM, как в сухой, так и во влажной форме, показал более высокую способность к набуханию, приближенную к нативному хрящу. Исследователи также отметили, что механические свойства обоих полимеров были выше, чем у нативного хряща.
После проведения теста на механические свойства FOMM выяснилось, что этот материал может стать хорошей альтернативой для замены хряща у пожилых пациентов. Исследователи утверждают, что их исследование открыло новые пути для разработки мультиматериальных структур с ядром из PA12 и внешней оболочкой из FOMM, а будущая работа включает в себя подготовку таких мультиматериальных структур и их испытание in vitro.
Источник: 3D-Printing Industry
#ПОВРЕЖДЕНИЕХРЯЩА
#ИНТЕРНЕТМЕДИЦИНСКИХВЕЩЕЙ
#ТКАНЕВАЯИНЖЕНЕРИЯ