Металлические трансплантаты и имплантаты на основе титана остаются стандартом для стабилизации сложных переломов костей, однако их производство дорого, а индивидуальная подгонка под пациента затруднительна. И хотя 3D-печать открыла возможности для более персонализированных решений, она по-прежнему требует значительных временных и ресурсных затрат.
В поисках более быстрого и доступного варианта исследователи из Университета Сонгюнгван в Корее разрабатывают технологию, которая позволяет создавать индивидуальные костные имплантаты без высоких затрат и задержек, свойственных традиционным методам.
Их «пистолет для заживления костей» похож на ручной 3D-принтер, но вместо пластика он наносит биоразлагаемые полимерные каркасы (временные структуры, которые служат основой для роста новой ткани и со временем рассасываются) непосредственно на сломанные кости во время операции.
Устройство плавит специальные полимерные «стержни» при безопасной температуре 60 °C — достаточно низкой, чтобы защитить окружающие ткани, формируя при этом идеально подогнанную матрицу для роста новой кости.
Читайте: Солдат будущего с мозговым имплантатом – Готов ли мир к киборгам
Персонализированные костные имплантаты без высоких затрат
Чон Сын Ли, исследователь в области биомедицинской инженерии из Университета Сонгюнгван, и его команда создали инструмент, который выдавливает биосовместимую нить.
Эта нить быстро застывает, превращаясь в каркас, который удерживает кость на месте и поддерживает естественное заживление без затрат и задержек, характерных для традиционных имплантатов.
Создание «клеевого стержня», способного восстанавливать кости, оказалось для команды Ли непростой задачей. Стандартный горячий клей плавится при температуре более 100 °C, что слишком горячо для живых тканей.
Кроме того, материал должен был затвердевать до прочности, сравнимой с натуральной костью, и постепенно разрушаться, чтобы на его месте могла вырасти новая костная ткань. Эти три ключевые задачи — безопасная температура, прочность на уровне кости и контролируемая биодеградация — легли в основу разработки их заживляющего каркаса.
Как объясняет Ли, его команда протестировала несколько смесей, прежде чем найти подходящую. Они скомбинировали поликапролактон (термопластик, одобренный FDA — Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США — и безопасно рассасывающийся в организме) с гидроксиапатитом (минерал, составляющий основу костной ткани и стимулирующий её рост).
После подбора пропорций они получили смесь, которая плавится при умеренной температуре 60 °C, надёжно сцепляется с костью, сохраняет прочность в процессе заживления и постепенно разрушается по мере замещения натуральной тканью.
Пистолет ускоряет заживление, но требует доработки
Добившись идеального состава гранул, команда Ли перешла к испытаниям на животных, протестировав устройство на кроликах со сломанными бедренными костями.
Животные, которых лечили с помощью заживляющего пистолета, восстанавливались быстрее, чем кролики, для лечения которых использовался стандартный костный цемент — распространённый аналог.
Тем не менее медленное разрушение материала помешало полному восстановлению переломов, что указывает на необходимость дальнейшей доработки перед началом испытаний на людях.
Сейчас Ли стремится ускорить процесс деградации и добавить в смесь антибиотики, чтобы имплантат мог постепенно высвобождать противоинфекционные препараты в процессе заживления.
Ещё одна проблема — несущая способность. Кролики лёгкие, поэтому то, что работает для них, может не выдержать нагрузки человеческого тела. Ли отмечает, что для обеспечения долгосрочной безопасности потребуются испытания на более крупных животных.
Также остаётся вопрос навыка, поскольку, хотя пистолет и работает как усовершенствованный клеевой пистолет, точность здесь критически важна. Поэтому исследователи подчёркивают, что хирургам потребуется обучение для эффективного и стабильного использования инструмента, прежде чем его можно будет применять в операциях на людях.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU