Раковые опухоли, инфекции или переломы могут привести к необходимости хирургического удаления костей и установки имплантатов на их место. В сотрудничестве с европейскими партнерами исследователи Fraunhofer в настоящее время разработали метод, с помощью которого костные имплантаты, которые точно подгоняются, стабильны и различны по размерам, могут быть напечатаны 3-D из специального пластика. Секрет кроется в процессе печати, где отдельные слои обрабатывают холодной плазмой для улучшения связывания костеобразующих клеток.

Плазмоструйное покрытие каркасов медицинских имплантатов. Фото: Фраунгофер IST, Фалько Ольденбург

В то время как обычные обработки поверхности с использованием методов низкого или атмосферного давления имеют ограниченное проникновение внутрь костных имплантатов, новый метод позволяет наносить покрытие, стимулирующее рост клеток, также на внутреннюю поверхность имплантатов. С этой целью группа исследователей из Института инженерии поверхности им. Фраунгофера и Thin Films IST использует плазменную струю. Устройство выдувает холодную струю плазмы, содержащей реакционноспособные группы, прямо на печатные слои. Аминогруппы связываются с поверхностью и гарантируют, что костные клетки находят удобный субстрат, к которому они легко прилипают. Уникальная особенность этой технологии заключается в том, что процессы трехмерной печати и нанесения покрытий идут рука об руку и объединяются в одном устройстве. Поскольку для нанесения покрытия не требуется химическая предварительная обработка растворителями, она не только рентабельна,

Эшафот, вокруг которого построен имплантат, сделан из специального сополимера, который смоделирован на натуральной кости. Технология 3-D печати позволяет очень индивидуально, точно соответствовать дизайну и стабильности. «Наша цель – как можно быстрее вырастить костные клетки в синтетическую структуру и, наконец, заменить имплантат, который постепенно разрушается собственными ферментами организма», – объясняет доктор Йохен Боррис, который возглавляет бизнес в области наук о жизни и экологии. подразделение на Fraunhofer IST.

Как изготовить покрытые леса: сразу после экструзии конструкции лесов обрабатывают холодной плазмой

Как изготовить покрытые леса: сразу после экструзии конструкции лесов обрабатывают холодной плазмой. Фото: Фраунгофер ИСТ

Переменная благодаря сложным наполнителям

Механическая стабильность имплантата может контролироваться не только с помощью плотности структуры печатного каркаса, но также с помощью специальных наполнителей, которые добавляются к сополимеру: чем выше концентрация наполнителя, тем выше стабильность. «Эта разработка наших партнеров по проекту из Университета Маастрихта позволяет индивидуально изменять стабильность внутри имплантата. Подобно натуральным костям, у имплантатов теперь могут быть области с различными преимуществами », – говорит д-р Томас Нойберт, менеджер проекта ЕС в Fraunhofer IST.

Кроме того, активные ингредиенты лекарственного средства, такие как антибиотики, могут быть включены в наполнитель для снижения риска инфекции.

Команда проекта успешно завершила этапы проекта на сегодняшний день; теперь он планирует модифицировать технику и довести ее до зрелости приложения. В настоящее время экспериментальная установка все еще находится в лабораторном масштабе.

«В настоящее время мы работаем над тем, чтобы упростить процесс и сделать его более стабильным. Чтобы продолжить разработку и проводить клинические исследования, мы находимся в поиске промышленных партнеров », – говорит Боррис. Инновационная технология предлагает большой потенциал для адаптации костных имплантатов к индивидуальным потребностям пациентов. «С помощью нашего метода мы можем хорошо контролировать форму, пористость, механическую стабильность и биомеханические характеристики и варьировать их в имплантатах. Это означает, что мы можем производить участки с различной силой или пористостью, которые также могут быть покрыты различными функциональными группами ». В будущем врачи смогут сформулировать требования для каждого пациента на основе отсканированных изображений и отправить данные в медицинскую печать. магазины, где затем будут напечатаны точно подходящие имплантаты.

По материалам phys.org