Инструмент, изготовленный из модифицированного клеевого пистолета, теперь может восстанавливать сломанные кости во время операции путём 3D-печати трансплантатов непосредственно на них.
Костные имплантаты исторически изготавливались из металла, кости донора, а в последнее время — из материалов, напечатанных на 3D-принтере. Однако в случаях нерегулярных переломов костей эти имплантаты необходимо проектировать и изготавливать до операции, чтобы обеспечить их правильную установку, объясняют исследователи.
Новый инструмент, который был протестирован на кроликах, был разработан для быстрого создания сложных костных имплантатов без необходимости их предварительного изготовления.
Команда также оптимизировала 3D-печатные костные трансплантаты для обеспечения высокой структурной гибкости, высвобождения противовоспалительных антибиотиков и стимулирования естественного роста кости в месте трансплантации.
«Предлагаемая нами технология представляет собой уникальный подход, основанный на разработке системы печати in situ, которая позволяет в режиме реального времени изготавливать и применять каркас непосредственно на месте хирургического вмешательства», — заявил в своём заявлении автор исследования и биомедицинский инженер Чун Сун Ли из биомедицинского университета Сонгкюнкван, Южная Корея.
«Это позволяет добиться высокой точности анатомического соответствия даже при нерегулярных или сложных дефектах без необходимости предоперационной подготовки, такой как визуализация, моделирование и обрезка».
Материал, подаваемый в клеевой пистолет, представляет собой нить, состоящую из двух основных компонентов: компонента натуральной кости, известного своим способствующим заживлению действием, гидроксиапатита (HA), и биосовместимого термопластика, поликапролактона (PCL).
PCL может разжижаться при температуре всего 60°С, что, по словам команды, при нанесении с помощью термомодифицированного клеевого пистолета достаточно низко, чтобы предотвратить повреждение тканей во время хирургического применения, и в то же время позволяет смеси принимать форму неровных канавок сломанной кости.
Регулируя соотношение HA и PCL в нити, исследователи могут настраивать твёрдость и прочность трансплантатов в соответствии с различными потребностями организма.
«Поскольку устройство компактно и управляется вручную, хирург может в режиме реального времени регулировать направление, угол и глубину печати во время процедуры», — пояснил Ли.
«Кроме того, мы продемонстрировали, что этот процесс можно завершить за считанные минуты. Это подчёркивает значительное преимущество с точки зрения сокращения операционного времени и повышения эффективности процедуры в реальных хирургических условиях».
Поскольку инфекции являются распространённой проблемой при использовании хирургических имплантатов, исследователи добавили в нить два антибактериальных соединения: ванкомицин и гентамицин.
Как в твёрдой культуре на чашке Петри, так и в жидких растворах, нитяной каркас успешно предотвращал рост E. coli и S. aureus, двух распространённых бактерий, склонных вызывать инфекции после операции.
Физические свойства HA и PCL в нити позволяют лекарствам медленно высвобождаться и диффундировать непосредственно в место операции в течение нескольких недель.
«Этот подход локализованной доставки предлагает значительные клинические преимущества по сравнению с системным введением антибиотиков, поскольку потенциально снижает побочные эффекты и ограничивает развитие резистентности к антибиотикам, при этом эффективно защищая от послеоперационных инфекций», — сказал Ли.
В качестве доказательства концепции устройство было протестировано на тяжёлых переломах бедренной кости у кроликов. В течение 12 недель после операции команда не обнаружила никаких признаков инфекции или повреждения тканей организма и отметила лучшие результаты регенерации кости по сравнению с кроликами, которым был пересажен костный цемент, обычно используемый для лечения дефектов кости.
>>>БАЗЫ ДАННЫХ(EMAIL, ТЕЛЕФОНЫ). БЕСПЛАТНО.<<<
