Un equipo de investigación de Northwestern Engineering ha desarrollado una tinta imprimible en 3-D que produce un implante óseo sintético que induce rápidamente la regeneración y el crecimiento óseo. Este material "óseo" hiperelástico, cuya forma se puede personalizar fácilmente, algún día podría ser especialmente útil parael tratamiento de defectos óseos en niños
La cirugía de implantación ósea nunca es un proceso fácil, pero es particularmente doloroso y complicado para los niños. Tanto en adultos como en niños, a menudo se extrae hueso de otras partes del cuerpo para reemplazar el hueso faltante, lo que puede provocar otras complicaciones ydolor: a veces se usan implantes metálicos, pero esto no es una solución permanente para los niños en crecimiento.
"Los adultos tienen más opciones cuando se trata de implantes", dijo Ramille N. Shah, quien dirigió la investigación. "Los pacientes pediátricos no lo tienen. Si les das un implante permanente, tendrás que hacer más cirugías en el futuro a medida que se vayan haciendo".crecer. Pueden enfrentar años de dificultad "
Shah y su equipo tienen como objetivo cambiar la naturaleza de los implantes óseos, y en particular quieren ayudar a los pacientes pediátricos. Shah es profesora asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern y de cirugía en la Escuela Feinberg de la Universidad NorthwesternMedicamento.
El nuevo estudio, que evalúa el material con células madre humanas y dentro de modelos animales, fue publicado en línea el 28 de septiembre por la revista Medicina traslacional de la ciencia . Adam E. Jakus, becario postdoctoral en el laboratorio de Shah, es el primer autor del artículo.
El biomaterial impreso en 3D de Shah es una mezcla de hidroxiapatita un mineral de calcio que se encuentra naturalmente en el hueso humano y un polímero biocompatible y biodegradable que se utiliza en muchas aplicaciones médicas, incluidas las suturas. El material "hueso" hiperelástico de Shah es muy prometedor enmodelos animales in vivo; este éxito radica en las propiedades únicas de la estructura impresa. Es mayoritariamente hidroxiapatita pero hiperelástica, robusta y porosa en los niveles nano, micro y macro.
"La porosidad es enorme en lo que respecta a la regeneración de tejidos, porque desea que las células y los vasos sanguíneos se infiltran en el andamio", dijo Shah. "Nuestra estructura tridimensional tiene diferentes niveles de porosidad que son ventajosos por sus propiedades físicas y biológicas."
Si bien se ha demostrado que la hidroxiapatita induce la regeneración ósea, también es muy difícil trabajar con ella. Los productos clínicos que usan hidroxiapatita u otras cerámicas de fosfato de calcio son duros y frágiles. Para compensar eso, los investigadores anteriores crearon estructuras compuestas principalmente de polímeros,pero esto protege la actividad de la biocerámica. Sin embargo, el biomaterial óseo de Shah es 90 por ciento en peso de hidroxiapatita y solo 10 por ciento en peso de polímero y aún mantiene su elasticidad debido a la forma en que su estructura está diseñada e impresa.La hidroxiapatita crea un ambiente que induce la regeneración ósea rápida.
"Las células pueden detectar la hidroxiapatita y responder a su bioactividad", dijo Shah. "Cuando se colocan células madre en nuestros andamios, se convierten en células óseas y comienzan a regular su expresión de genes específicos del hueso. Esto está en elausencia de cualquier otra sustancia osteoinductora. Es solo la interacción entre las células y el material mismo ".
Eso no quiere decir que no se puedan combinar otras sustancias en la tinta. Debido a que el proceso de impresión 3D se realiza a temperatura ambiente, el equipo de Shah pudo incorporar otros elementos, como antibióticos, en la tinta.
"Podemos incorporar antibióticos para reducir la posibilidad de infección después de la cirugía", dijo Shah. "También podemos combinar la tinta con diferentes tipos de factores de crecimiento, si es necesario, para mejorar aún más la regeneración. Es realmente un material multifuncional."
Sin embargo, una de las mayores ventajas es que el producto final puede personalizarse para el paciente. En las cirugías tradicionales de trasplante de hueso, el hueso, después de extraerlo de otra parte del cuerpo, debe moldearse y moldearse parase ajusta exactamente al área donde se necesita. Los médicos podrían escanear el cuerpo del paciente e imprimir en 3-D un producto personalizado utilizando el material sintético de Shah. Alternativamente, debido a sus propiedades mecánicas, el biomaterial también se puede recortar y cortar fácilmentey forma durante un procedimiento. No solo es más rápido, sino que también es doloroso en comparación con el uso de material de autoinjerto.
Shah imagina que algún día los hospitales pueden tener impresoras 3-D, donde pueden imprimir implantes personalizados mientras el paciente espera.
"El tiempo de respuesta para un implante especializado para un cliente podría ser de 24 horas", dijo Shah. "Eso podría cambiar el mundo de la cirugía craneofacial y ortopédica y, espero, mejorará los resultados del paciente".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Amanda Morris. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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