3D-natisnjeni kostni vsadki: kovinske kosti, ki se integrirajo v telo

• Avtor:
• ime avtorja

  Quantumrun Foresight
• Junij 28, 2023

Poudarki vpogleda

3D-tiskanje ali aditivna proizvodnja močno napreduje na medicinskem področju, zlasti pri kostnih vsadkih. Zgodnji uspehi vključujejo 3D-natisnjen titanov čeljustni vsadek in 3D-natisnjene vsadke za bolnike z osteonekrozo, ki učinkovito ponujajo alternativo amputaciji. Medicinski strokovnjaki so optimistični glede prihodnosti 3D-natisnjenih kosti, ki bi lahko popravile genetske malformacije, rešile okončine pred poškodbami ali boleznimi in podpirale rast novega, naravnega kostnega tkiva s pomočjo 3D-natisnjenih "hiperelastičnih" kosti.

Kontekst 3D-natisnjenih kostnih vsadkov

Tridimenzionalno tiskanje uporablja programsko opremo za ustvarjanje predmetov z metodo nanosa plasti. Ta vrsta programske opreme za tiskanje je včasih znana kot aditivna proizvodnja in vključuje različne materiale, kot so plastika, kompoziti ali biomedicinski materiali. 

Obstaja nekaj komponent, ki se uporabljajo za 3D-tiskanje kosti in kostnih odrov, kot so:

• Kovinski materiali (kot so titanove zlitine in magnezijeve zlitine), 
• Anorganski nekovinski materiali (kot je biološko steklo), 
• Biološka keramika in biološki cement ter 
• Visokomolekularni materiali (kot sta polikaprolakton in polimlečna kislina).

Eden prvih uspehov 3D-natisnjenih kostnih vsadkov je bil leta 2012, ko je nizozemsko podjetje za medicinsko oblikovanje Xilloc Medical natisnilo titanov vsadek, ki je nadomestil čeljusti pacienta z ustnim rakom. Ekipa je uporabila zapletene algoritme za spremembo digitalne čeljustne kosti, tako da so se krvne žile, živci in mišice lahko pritrdili na titanov vsadek, ko je natisnjen.

Moteč vpliv

Osteonekroza ali odmrtje kosti talusa v gležnju lahko povzroči vseživljenjsko bolečino in omejeno gibanje. V nekaterih primerih lahko bolniki zahtevajo amputacijo. Pri nekaterih bolnikih z osteonekrozo pa lahko 3D-natisnjen vsadek uporabimo kot alternativo amputaciji. Leta 2020 je teksaški UT Southwestern Medical Center uporabil 3D-tiskalnik za zamenjavo kosti gležnja s kovinsko različico. Da bi ustvarili 3D-natisnjeno kost, so zdravniki za referenco potrebovali računalniško tomografijo talusa na zdravem stopalu. S temi slikami so sodelovali s tretjo osebo pri izdelavi treh plastičnih vsadkov različnih velikosti za poskusno uporabo. Zdravniki izberejo najboljšega, preden natisnejo končni vsadek pred operacijo. Uporabljena kovina je bil titan; in ko je bil odmrli talus odstranjen, je bil nameščen novi. 3D replika omogoča gibanje v gležnju in podtalarnem sklepu, kar omogoča premikanje stopala gor in dol ter iz ene strani v drugo.

Zdravniki so optimistični glede prihodnosti 3D-natisnjenih kosti. Ta tehnologija odpira vrata za popravljanje genetskih malformacij ali reševanje udov, ki so bili poškodovani zaradi travme ali bolezni. Podobne postopke preskušajo na drugih delih telesa, vključno z bolniki, ki zaradi raka izgubijo okončine in organe. Poleg možnosti 3D-tiskanja trdnih kosti so raziskovalci leta 3 razvili tudi 2022D-natisnjeno »hiperelastično« kost. Ta sintetični kostni vsadek spominja na oder ali mrežo in je zasnovan tako, da podpira rast in regeneracijo novega, naravnega kostnega tkiva.

Posledice 3D-natisnjenih kostnih vsadkov

Širše posledice 3D-natisnjenih kostnih vsadkov lahko vključujejo: 

• Zavarovalnice, ki ustvarjajo politike kritja v zvezi s 3D vsadki. Ta trend lahko povzroči različne nagrade na podlagi različnih uporabljenih 3D-natisnjenih materialov. 
• Vsadki postajajo stroškovno učinkovitejši, ko se tehnologija medicinskega 3D-tiskanja razvija in komercializira. Ta znižanja stroškov bodo izboljšala zdravstveno varstvo za revne in v državah v razvoju, kjer so najbolj potrebni stroškovno učinkoviti postopki.
• Študenti medicine uporabljajo 3D tiskalnike za ustvarjanje prototipov kosti za testiranje in kirurško prakso.
• Več podjetij za medicinske pripomočke vlaga v biomedicinske 3D-tiskalnike, da bi zadovoljila vse večje povpraševanje v zdravstveni industriji.
• Več znanstvenikov sodeluje s tehnološkimi podjetji pri oblikovanju 3D tiskalnikov posebej za zamenjavo organov in kosti.
• Pacienti z odmrtimi kostmi ali okvarami, ki prejemajo 3D-tiske, ki lahko obnovijo gibanje.

Vprašanja za komentiranje

• Kako drugače lahko po vašem mnenju tehnologija 3D tiskanja podpira medicinsko področje?
• Kakšni bi lahko bili morebitni izzivi 3D-natisnjenih vsadkov?