Huesos artificiales: ¡lo último en impresión 3-D

La cadena de prediabetes

1. ¡Los científicos tienen algunas noticias interesantes sobre los avances en los "repuestos" humanos]

2. ¡Pronto será posible reemplazar los huesos humanos dañados con huesos sintéticos personalizados creados en una impresora 3-D.

3. Este hueso "hiperelástico" se producirá con una "tinta" hecha de calcio natural que se encuentra en el hueso humano.

4. En un avance significativo sobre los métodos actuales, los científicos dicen que los huesos impresos a medida podrían inducir rápidamente la regeneración y el crecimiento del hueso.

5. ¡Eso podría hacer que los procedimientos médicos sean más efectivos, menos dolorosos y más duraderos!

6. Las aplicaciones podrían incluir la reparación de lesiones craneofaciales, dentales, espinales y otras lesiones de huesos y medicina deportiva.

7. Los científicos de la Universidad Northwestern publicaron sus hallazgos el mes pasado en la revista Science Translational Medicine.

Ayudando a los niños

1. Ramille Shah, Ph.D., que dirigió el equipo de investigación, es profesora asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern y profesora asistente de cirugía en la Escuela Feinberg de Northwestern de Medicina.

2. Shah describe el hueso hiperelástico como "un biomaterial altamente versátil, libre de factores de crecimiento, osteorregenerativo, escalable y quirúrgicamente amigable" Los científicos crearon hueso hiperelástico para realizar una fusión espinal en una rata y reparar un defecto del cráneo en un mono rhesus. Las pruebas con animales continuarán.

3. Shah y su equipo creen que las pruebas en humanos de su hueso sintético podrían comenzar dentro de cinco años.

4. Los pacientes pediátricos que sufren defectos óseos por trauma o parto podrían beneficiarse significativamente de esta tecnología.

5. "Los materiales actuales que los cirujanos usan para defectos craneofaciales son placas y tornillos metálicos, y polímeros, pero no degradables, para el trabajo facial", dijo Shah. "La forma principal ahora es tomar trozos de hueso de las costillas o caderas del paciente y hacer un 'autoinjerto': dar forma a las piezas para que se ajusten al espacio del defecto que desean remodelar. Pero este método puede causar problemas en otras partes del cuerpo. Los autoinjertos se usan especialmente con niños, porque no desea usar 'cuerpos extraños' en pacientes pediátricos " La cirugía de implantación ósea es dolorosa y complicada para los niños, dijo. La extracción de hueso para un autoinjerto puede provocar otras complicaciones y dolor. A veces se usan implantes metálicos, pero esto no es una solución permanente para los niños en crecimiento.

6. "Los adultos tienen más opciones cuando se trata de implantes", dijo Shah. "Los pacientes pediátricos no lo hacen. Si les das un implante permanente, tendrás que hacer más cirugías en el futuro a medida que crezcan. ¡Podrían enfrentar años de dificultad"

¡Los ingredientes correctos

1. El componente óseo natural es crítico para el éxito.

2. El componente principal del biomaterial de Shah es la hidroxiapatita, un fosfato de calcio que es el principal elemento estructural (90 por ciento en peso) del hueso vertebrado natural.

3. Shah y sus colegas mezclan 90 por ciento de hidroxiapatita con 10 por ciento de polímero médico biocompatible y biodegradable en un solvente que hace que la textura se parezca más a un líquido que a un sólido.

4. "La consistencia es como el pegamento de Elmer", dijo Shah.

5. La mezcla se llama "tinta" porque se usa en una impresora 3-D.

6. Una vez que se extruye la mezcla, el disolvente principal se evapora inmediatamente y solidifica el material. La estructura del material es porosa y puede usarse a temperatura ambiente.

7. "La alta porosidad es crítica porque las células y los vasos sanguíneos deben infiltrarse en el andamio estructural para mejorar la integración del tejido", explicó Shah.

8. Además, la alta concentración de hidroxiapatita crea un ambiente que induce una rápida regeneración ósea.

9. "El [!hueso hiperelástico] está diseñado para degradarse y remodelarse en hueso natural, y por lo tanto puede crecer con el paciente", dijo Shah. "Esto elimina la necesidad de futuras cirugías, como se hace con placas metálicas o implantes".

¡Un producto versátil

1. El hueso hiperelástico es versátil y se puede imprimir con diferentes intensidades.

2. Eso incluye huesos altamente elásticos, unos que pueden soportar cargas significativas, así como aquellos que son más huecos o densos. Estas propiedades mecánicas están determinadas por la arquitectura del objeto impreso en 3-D, dijo Shah.

3. El hueso sintético se puede personalizar para cada paciente.

4. La variedad de aplicaciones incluye reparaciones para fracturas de columna, lesiones de medicina deportiva y lesiones de ACL y manguito rotador que requieren curación de tejido blando a hueso, dijo Shah.

5. En aplicaciones craneofaciales y dentales, y para deformidades faciales, el hueso de reemplazo se puede imprimir "para adaptarse perfectamente a la simetría y la anatomía del paciente, especialmente en los casos en los que hay un componente estético importante para el resultado paciente ", dijo ella.

6. "El material también es muy elástico y los cirujanos pueden manipularlo", dijo Shah. "Los materiales disponibles ahora son muy flexibles y no son difíciles de cortar y dar forma. Cuando los cirujanos se enteraron de esto, estaban muy emocionados". [! 117159 => 1130 = 5!] ¡Importante en cirugías de cabeza y cara

1. Las propiedades del hueso hiperelástico son particularmente cruciales en la reparación de huesos en la cabeza y la cara.

2. "En los defectos craneofaciales, podemos crear un objeto que corrija o cubra el defecto, lo que nos permite mantener la simetría facial", dijo Shah. 'Podemos imprimir algo que sea específico del paciente. El material pasará por el andamio. Esto es importante, porque si no tiene vasos sanguíneos dentro del defecto, puede tener necrosis tisular [!muerte tisular]. En el andamio, las células depositarán nuevo material óseo. Con implantes permanentes, debe reemplazarlos con el tiempo. Este nuevo material crece con el paciente y no es invasivo " Se podrían agregar antibióticos para controlar la infección.

3. Los investigadores realizan el proceso de impresión 3D a temperatura ambiente, lo que les permite agregar otros elementos, como antibióticos, a la tinta.

4. "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. Realmente es un material multifuncional". [! 117159 => 1130 = 6!] Reemplazos personalizados

1. Los cirujanos que usan material óseo sintético de Shah podrían escanear el cuerpo del paciente y crear un hueso de reemplazo personalizado en una impresora 3-D.

2. Las propiedades mecánicas flexibles del biomaterial permiten a los médicos cortarlo fácilmente y darle forma durante un procedimiento quirúrgico. Esto no solo es más rápido, dijo Shah, sino que también es menos doloroso en comparación con el uso de material de autoinjerto.

3. Cuando comenzó su investigación en 2009, Shah recibió fondos iniciales para la facultad y ha recibido apoyo continuo de los Institutos Nacionales de Salud (NIH). Espera obtener fondos gubernamentales y corporativos, y recientemente fundó una empresa de nueva creación en Northwestern para explorar aplicaciones para su trabajo.

4. Shah espera un día en que "el tiempo de respuesta para un implante especializado para un cliente pueda ser en 24 horas. Eso podría cambiar el mundo de la cirugía craneofacial y ortopédica, y espero , mejorará los resultados del paciente "].