الطباعة ثلاثية الأبعاد تدرك تجديد العظام المكسورة ، والتي ستنتج ثورة في الطب التجديدي

في العقود الأخيرة، حققت العلوم الطبية تقدما كبيرا، حيث وفرت حلولا مبتكرة للأمراض التي كانت صعبة في السابق. أظهرت دراسة منشورة أن طريقة استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتجديد أنسجة العظام يمكن أن تحدث ثورة في الطب التجديدي.

الطب التجديدي هو فرع من فروع العلوم الطبية التي تطور العلاجات لتحل محل الأنسجة والأعضاء والخلايا التالفة من الأمراض أو العيوب أو الإصابات. هذا هو مجال جديد تماما من العلوم الطبية، والتي من المتوقع أن تساعد المرضى الذين يعانون من الأمراض والإصابات التي كان من الصعب علاجها في السابق.

وقد اجتذبت المواد النشطة بيولوجيا نانو منظم الاهتمام في هذا المجال بسبب قدراتها التجديدية. أنها تكرار خصائص الأنسجة الطبيعية وتقليد هيكلها. ويمكن معالجة هذه المواد الطبية المتقدمة وتطبيقها باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد وغيرها من التقنيات.

تجديد أنسجة العظام: تقدم طبي مهم

الشيخوخة يمكن أن يؤدي إلى مشاكل صحية تدريجية. وستحدث أمراض مثل هشاشة العظام مع تقدم المرضى في السن، مما يسبب الألم للأفراد ويزيد من عبء الرعاية الطبية. وتشمل العلاجات التقليدية ترقيع العظام. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن لأساليب أخرى تقليد خصائص وبنية الأنسجة الطبيعية. لهذا السبب، تم تطوير العديد من مجالات البحث الجديدة بما في ذلك هندسة أنسجة العظام.

يتضمن مجال هندسة أنسجة العظام تطوير أجهزة المحاكاة الحيوية التي تدعم نمو العظام وتحفز على التجديد. المواد النشطة بيولوجيا المتقدمة هي 3D المطبوعة في السقالات وظيفية لاستخدامها في تكنولوجيا هندسة الأنسجة العظمية.

هذه تتفاعل مع الأنسجة المستهدفة وتحفيز الاستجابات العلاجية. وتستند المواد المركبة على نوع 1 الكولاجين والهيدروكسياباتيت (أيضا شائعة الاستخدام في طب الأسنان) لأنها المكونات الرئيسية للأنسجة العظام.

تنتج المادة المحاكاة الحيوية المركبة استجابة لاعتلال العظام ، مما يحفز النمو والانتشار وحتى التمايز. وهذا يؤدي إلى تجديد الأنسجة العظمية. تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد شائعة الاستخدام في تصنيع المواد في مجال هندسة أنسجة العظام هي صب البثق. ويرجع ذلك إلى تعدد استخداماته وقابليته للتوسع. ومع ذلك، لا تزال هناك العديد من التحديات الرئيسية في تصنيع مواد بيونيكس قوية ودائمة لتطبيقات تجديد العظام.

التغيرات في اللزوجة (A) والخصائص اللزوجية ل GEN-Coll/nanoHA (B) وGEN-Coll/MBG_Sr4٪ (C) عند 10 درجة مئوية

الكولاجين البقري من النوع 1 هو مادة واعدة لتجديد أنسجة العظام التالفة أو المريضة. تحتوي هذه المواد النشطة بيولوجيا على جسيمات نانوية غنية وظيفيا ويمكن طباعتها بسهولة ثلاثية الأبعاد باستخدام حمام دعم. ومع ذلك، هناك بعض المشاكل مع استخدامها. من الصعب إزالتها تماما بعد عملية الطباعة ، وسيتسبب عامل الربط المتبادل المستخدم لتحسين السلامة الهيكلية للطينة في فقدان الوضوح الهندسي والانهيار الجزئي للبنية المطبوعة.

وهناك حاجة إلى عمليات بديلة للتغلب على القيود المفروضة على هذه المواد الحيوية.

الآن، اقترح فريق البحث طريقة لجعل مواد نشطة بيولوجيا أقوى وأكثر ملاءمة على أساس الكولاجين البقري، والتي سوف تساعد على إحداث ثورة في تكنولوجيا تجديد أنسجة العظام البشرية.

تهدف العملية التي تم الإبلاغ عنها في الورقة إلى تحسين خصائص تكوين الكولاجين البقري. تتم إضافة عامل الربط المتداخل إلى صياغة الطباعة، ثم تتم إزالتها من حمام الدعم. عامل الربط المتبادل المفضل هو genipin ، مما يحسن استقرار هيكل السقالة المطبوعة ثلاثية الأبعاد الكولاجين عن طريق تحريك الربط عبر الموقع.

الحل المستخدم لحمام الدعم هو حمض الجينيك. وقد وجدت الدراسات أن حمض الجينيك يحافظ على الهيكل المطبوع ثلاثي الأبعاد لمواد الكولاجين ويتم إزالته بسهولة عند 37 س C ، مما يسمح بمعالجة مستقرة للهياكل ذات الهياكل الهندسية عالية الدقة. تم تطوير الأسلوب باستخدام بروتوكول تم إنشاؤه مسبقا.

بعد احتضان لمدة 3 ساعات و 24 ساعة في 37 درجة مئوية، إجراء اختبار مسح السعة (A، C) ودرجة الحرارة المنحدر (B، D) على GEN-Col/nanoHA

حدد قرص العسل وهندسة الشبكة لتقييم قابلية طباعة المادة. وأجريت عدة تجارب مع معلمات مختلفة لتوفير مستوى جيد من السيطرة وتوفير فهم للنتائج. تأثير كل معلمة على دقة الطباعة وحل هيكل السقالة النهائي يشكل أساس التغيير.

وخلصت الدراسة إلى أن هذه المعايير تحتاج إلى صقل لتحقيق النتائج المرجوة لأنها متشابكة.

وأكد التحليل البصري لشريحة الطباعة أن عملية الطباعة نجحت في تحقيق الاستنساخ الهندسي. يتم إنتاج خطوط واضحة والثقوب. بعد الليسوفيليا ، تم تحليل مورفولوجيا من قبل FE-SEM ، والتي أظهرت أن الجسيمات النانوية تم توزيعها بنجاح في المصفوفة.

تشير هذه النتائج إلى أن استخدام هذه العملية للطباعة ثلاثية الأبعاد لمواد الكولاجين يظهر نتائج جيدة في تجديد أنسجة العظام.