Διαβάστε για τα συνθετικά 3D-εκτυπωμένα υπέρ-ελαστικά εμφυτεύματα τα οποία υποβοηθούν την αναγέννηση των ανρθώπινων οστών

Τα εμφυτεύματα οστών και τα μοσχεύματα υπάρχουν εδώ και χρόνια, αλλά παραμένουν ένα δύσκολο ζήτημα. Ένα εμφύτευμα πρέπει να είναι συμβατό από τον ανθρώπινο οργανισμό (ώστε να μην το απορρίψει το σώμα), να είναι ευρέως διαθέσιμο, εύκολο στη χρήση σε χειρουργικό περιβάλλον και όσο το δυνατόν πιο οικονομικό. Σήμερα, οι γεμιστήρες στόκου, τα ειδικά καλούπια, ακόμη και διασωθέντα οστά πτώματος χρησιμοποιούνται τακτικά, αλλά μπορεί να προκαλέσουν φλεγμονές και αντιδράσεις και είναι ιδιαίτερα ακατάλληλα για ανήλικους ασθενείς – επειδή χρειάζονται πολλαπλές χειρουργικές επεμβάσεις με την πάροδο των ετών, όσο μεγαλώνει το σώμα. Επίσης, όλες αυτές οι επιλογές είναι τελικά πιο εύθραυστες από την αρχική ανθρώπινη κατασκευή.

3d-bone3  Συνθετικά 3D-εκτυπωμένα οστεϊκά εμφυτεύματα 3d bone3

Ευτυχώς, η 3D βιο-εκτύπωση (3D bioprinting) θα μπορούσε να προσφέρει μια λύση με τη δημιουργία περιβάλλοντος στο οποίο τα κύτταρα των οστών θα ενθαρρυνθούν να σχηματίσουν εξ ολοκλήρου νέες δομές. Η μεγάλη πρόκληση εδώ είναι η εξεύρεση υλικών που μπορούν να εκτυπωθούν 3D σε καλούπια, μέσα στα οποία θα αναπτυχθούν βλαστοκύτταρα και θα παραμείνουν ζωντανά για αρκετό διάστημα ώστε να μπορέσουν στη συνέχεια να εμφυτευθούν. Αρκετές ερευνητικές ομάδες από όλον τον κόσμο εργάζονται σε αυτή την αναζήτηση υλικών και μόλις πριν από λίγους μήνες μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ ανακοίνωσε τις επιτυχίες της με ένα 3D εκτυπώσιμο υλικό με βάση φύκια το οποίο είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για την ανάπτυξη χόνδρων.

3d-bone4  Συνθετικά 3D-εκτυπωμένα οστεϊκά εμφυτεύματα 3d bone4

Αλλά και μια λύση ακόμη ευρύτερου φάσματος παρουσιάστηκε πρόσφατα από τα εργαστήρια του Πανεπιστημίου Northwestern. Ονομάζεται υπερ-ελαστικό οστό (hyperelastic bone) και ίσως αποτελεί την επόμενη μεγάλη επανάσταση που περιμένει ο κόσμος. Αυτό το 3D εκτυπώσιμο υπερ-ελαστικό υλικό μπορεί να μετατραπεί σε εμφυτεύματα (βιονικά οστά) οποιουδήποτε μεγέθους, σχήματος και μορφής (ακόμη και ολόκληρα κρανία) και να εμφυτευθεί μέσα στο σώμα. Ακόμα πιο σημαντικό είναι πως το υλικό αυτό είναι υπερ-ελαστικό και ισχυρό, επιτρέποντας στους γιατρούς να το χρησιμοποιήσουν σε οποιαδήποτε χειρουργική επέμβαση και να είναι σίγουροι ότι τα εμφυτεύματα έχουν το ακριβές σχήμα. Μόλις εμφυτευτεί, τα αιμοφόρα αγγεία και οι κυτταρικές δομές γρήγορα γεμίζουν το καλούπι και ενεργοποιούν  την αναγέννηση των οστών.

3d-bone5  Συνθετικά 3D-εκτυπωμένα οστεϊκά εμφυτεύματα 3d bone5

Τα ίδια υπερελαστικά οστεϊκά εμφυτεύματα περιέχουν ένα φυσικό ορυκτό, μια μορφή ασβεστίου που υπάρχει και μέσα στο ανθρώπινο οστό. Από μόνο του αυτό το υλικό χρησιμοποιείται εκτενώς σε αναπλαστικές χειρουργικές επεμβάσεις, ωστόσο μέχρι σήμερα το μεγαλύτερο μειονέκτημά του είναι πως παραμένει εύθραυστο. Αν όμως αναμιχθεί με ένα συγκεκριμένο πολυμερές, τότε γίνεται εξαιρετικά εύκαμπτο και εύκολα 3D-εκτυπώσιμο. Τα οφέλη δεν σταματούν εδώ : τα υπερελαστικά οστά εκτυπώνονται σε θερμοκρασία δωματίου, επιτρέποντας στους γιατρούς να ενσωματώσουν διάφορα άλλα υλικά μέσα στο υλικό – ακόμη και αντιβιοτικά.

3d-bone2  Συνθετικά 3D-εκτυπωμένα οστεϊκά εμφυτεύματα 3d bone2

Ας μη βιαζόμαστε να γίνουμε υπερβολικά αισιόδοξοι, το 3D-τυπωμένο οστό χρειάζεται ακόμη να δοκιμαστεί σε ανθρώπους. Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές έχουν αξιολογήσει το υλικό μόνο μέσα από δοκιμές σε ζώα. Μεταξύ άλλων, είδαν ότι τα 3D-εκτυπωμένα εμφυτεύματα βοήθησαν να επουλωθούν κακώσεις του νωτιαίου μυελού σε αρουραίους, με έναν πολύ γρήγορο ρυθμό που ανταγωνίζεται τα αποτελέσματα υφιστάμενων θεραπειών. Επίσης θεράπευσαν το κατεστραμμένο κρανίο ενός πιθήκου με αυτό το υλικό, μια διαδικασία η οποία θα απαιτούσε την ικανότητα ενός χειρουργού να διαμορφώσει τέλεια το μέγεθος ενός εμφυτεύματος. Οι κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια, ωστόσο, τα εργαστηριακά αποτελέσματα είναι ήδη ελπιδοφόρα. Τοποθετώντας ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα στα καλούπια κατά τη διάρκεια διαφόρων δοκιμών, όχι μόνο αναπτύσσονται χωρίς προβλήματα, αλλά παράγουν τα δικά τους μεταλλικά στοιχεία οστών.

Παρόλο που θα μας πάρει λίγα χρόνια μέχρι το 3D-εκτυπωμένο υπερ-ελαστικό οστό να είναι κατάλληλο για  χρήση σε ανθρώπους, οι αρχικές μελέτες είναι σίγουρα πολλά υποσχόμενες. Το υπερ-ελαστικό οστό αναμένεται να είναι αρκετά φθηνό στην παραγωγή του και να αποθηκευτεί για περίπου ένα χρόνο, καθιστώντας το ιδανικό για χρήση σε όλο τον κόσμο.