Φορητός 3D εκτυπωτής αποκαθιστά σπασμένα οστά ταχύτερα και χωρίς μολύνσεις

Σε μελέτη που δημοσιεύεται στο περιοδικό Cell: Device περιγράφεται μια νέα τεχνολογία που αλλάζει τα δεδομένα στη χειρουργική αποκατάσταση καταγμάτων. Τώρα οι χειρουργοί μπορούν να «εκτυπώσουν» νέο οστό απευθείας στο σώμα του ασθενούς, κατά τη διάρκεια της επέμβασης. Για αυτό χρησιμοποιείται ένα φορητός 3D εκτυπωτής οστών με σχήμα πιστολιού κόλλας, που επιτρέπει την άμεση δημιουργία βιοδιασπώμενων εμφυτευμάτων.

Πώς λειτουργεί η φορητή συσκευή

Η συσκευή χρησιμοποιεί ένα μείγμα πολυκαπρολακτόνης (PCL) και υδροξυαπατίτη (HA). Η PCL είναι ένα εύκαμπτο βιοδιασπώμενο πολυμερές που λιώνει σε χαμηλές θερμοκρασίες, επιτρέποντας τη διαμόρφωση σύνθετων σχημάτων, ενώ ο HA είναι το κύριο ανόργανο συστατικό των οστών, που προσφέρει σκληρότητα και υποστήριξη για την ανάπτυξη νέων οστεοκυττάρων. Το μείγμα λιώνει περίπου στους 80°C, κάτι που αρκεί για ανθεκτικές και ταυτόχρονα ασφαλείς κατασκευές γύρω από ιστούς. Ο χειρουργός μπορεί να ελέγχει το ακροφύσιο σε πραγματικό χρόνο, ώστε το εμφύτευμα να προσαρμόζεται ακριβώς στο κάταγμα χωρίς προ-διαμορφωμένα καλούπια.

Ασφαλής και γρήγορη επούλωση

Όπως διαβάζουμε στο The Brighter Side of News, σε αντίθεση με τα παραδοσιακά εμφυτεύματα από μέταλλο ή μόσχευμα ιστού, που συχνά απαιτούν χημικές επεξεργασίες και δεν προσαρμόζονται σε κάθε ανωμαλία, η φορητή συσκευή εκτυπώνει απευθείας μέσα στο σώμα χωρίς υπολείμματα, μειώνοντας την πιθανότητα μόλυνσης και επιταχύνοντας τη διαδικασία. Οι ειδικοί έχουν διαμορφώσει το μείγμα σε αναλογία 50% HA για βέλτιστη αντοχή και ευκαμψία, ανθεκτικό σε χιλιάδες επαναλαμβανόμενες κινήσεις, ενώ ταυτόχρονα το υλικό απορροφάται από το ίδιο το οστό, αντικαθιστώντας τον βιολογικό ιστό σταδιακά.

Επιπλέον, αξιοσημείωτο είναι πως στο μείγμα PCL/HA έχουν ενσωματωθεί δύο αντιβιοτικά, η βανκομυκίνη και η γενταμυκίνη, τα οποία απελευθερώνονται στο σημείο του τραύματος για εβδομάδες. Έτσι περιορίζεται ο κίνδυνος λοίμωξης και μειώνεται η ανάγκη για συστηματική χορήγηση φαρμάκων, ελαχιστοποιώντας συγχρόνως τις παρενέργειες και την ανάπτυξη ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά. Παράλληλα, τα βιοϋλικά ενισχύουν την ανάπτυξη νέων οστικών κυττάρων, προάγοντας την φυσική αποκατάσταση. Μελέτες in vitro δείχνουν αυξημένη εναπόθεση ασβεστίου και ενεργοποίηση γονιδίων που προάγουν τη δημιουργία οστού.

Η τεχνολογία δοκιμάστηκε σε ζωντανό ιστό, σε κουνέλια με πλήρη κάταγμα μηριαίου οστού. Τα εμφυτεύματα εκτυπώθηκαν απευθείας στο κενό του οστού και αντίθετα με την κλασική κόλλα, μετά από 12 εβδομάδες τα ζώα δεν παρουσίασαν μόλυνση ή νέκρωση ιστών. Μικροσκοπικές και ακτινολογικές εξετάσεις έδειξαν φυσική ενσωμάτωση με πλούσια δίκτυα κολλαγόνου και ανώτερη μηχανική αντοχή συγκριτικά με συμβατικές μεθόδους.

Μελλοντικές εφαρμογές και εξατομίκευση

Το μέλλον αυτής της τεχνολογίας ανοίγει τον δρόμο για εξατομικευμένες επεμβάσεις. Με αλλαγή της αναλογίας PCL/HA, οι γιατροί θα μπορούν να ελέγχουν τη σκληρότητα και την ταχύτητα διάσπασης του εμφυτεύματος, καθιστώντας δυνατή την κατασκευή εμφυτευμάτων για ευαίσθητα οστά προσώπου ή μεγάλα τμήματα. Η συσκευή διαθέτει και θερμοελεγχόμενο σύστημα για ασφαλή εφαρμογή, ώστε να μην επηρεάζονται οι γύρω ιστοί. Αν και οι μελέτες βρίσκονται ακόμη σε πρώιμο στάδιο, η ομάδα προετοιμάζεται για κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους, με στόχο την αντιμετώπιση καταγμάτων, συγγενών ανωμαλιών και σύνθετων τραυματισμών.

Η φορητή 3D εκτύπωση οστών μπορεί να αλλάξει ριζικά τη χειρουργική ορθοπαιδική. Η δυνατότητα δημιουργίας εμφυτευμάτων εξατομικευμένα και άμεσα μειώνει τον χρόνο χειρουργείου, τον κίνδυνο μόλυνσης και επιταχύνει την ανάρρωση. Παράλληλα, η ενσωμάτωση αντιβιοτικών περιορίζει την ανάγκη για συστηματική χορήγηση, μειώνοντας παρενέργειες και ανθεκτικότητα.