Rice University doktorand Sean Bittner har ett prov av en 3D-printad ställning som en dag kan hjälpa till att läka osteokondrala skador av det slag som ofta drabbas av idrottare. Materialet efterliknar gradientstrukturen av brosk till ben som finns i slutet av långa ben. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University
Bioforskare rör sig närmare 3-D-tryckta konstgjorda vävnader för att hjälpa till att läka ben och brosk som vanligtvis skadas vid sportrelaterade skador på knän, anklar och armbågar.
Forskare vid Rice University och University of Maryland rapporterade sin första framgång vid tekniska byggnadsställningar som replikerar de fysiska egenskaperna hos osteokondral vävnad - i princip, hårt ben under ett komprimerbart lager av brosk som visas som den släta ytan på ändarna av långa ben.
Skador på dessa ben, från små sprickor till bitar som går av, kan vara smärtsamt och ofta stoppa idrottares karriärer i deras spår. Osteokondrala skador kan också leda till invalidiserande artrit.
Gradientkaraktären hos brosk-till-ben och dess porositet har gjort det svårt att reproducera i labbet, men risforskare ledda av bioingenjör Antonios Mikos och doktorand Sean Bittner har använt 3-D-utskrift för att tillverka vad de tror så småningom kommer att vara ett lämpligt material för implantation.
Deras resultat redovisas i Acta Biomaterialia .
"Idrottare påverkas oproportionerligt mycket av dessa skador, men de kan påverka alla, sa Bittner, en tredjeårs bioingenjörsstudent vid Rice, en National Science Foundation-stipendiat och huvudförfattare till artikeln. "Jag tror att det här kommer att vara ett kraftfullt verktyg för att hjälpa människor med vanliga idrottsskador."
Rice University doktorand Sean Bittner håller en 3D-printad ställning skapad för att hjälpa till att läka osteokondrala skador. Den inledande studien är ett proof-of-concept för att se om tryckta strukturer kan efterlikna den gradvisa övergången från smidig, kompressibelt brosk till hårt ben i slutet av långa ben. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University
Nyckeln är att efterlikna vävnad som gradvis övergår från brosk (kondral vävnad) vid ytan till ben (osteo) under. Biomateriallabbet på Rice tryckte en ställning med anpassade blandningar av en polymer för den förra och en keramik för den senare med inbäddade porer som skulle tillåta patientens egna celler och blodkärl att infiltrera implantatet, så småningom tillåta det att bli en del av det naturliga benet och brosket.
"För det mesta, sammansättningen kommer att vara densamma från patient till patient, " sa Bittner. "Det finns porositet inkluderad så att kärlsystemet kan växa in från det naturliga benet. Vi behöver inte tillverka blodkärlen själva."
Rice University doktorand Sean Bittner håller en 3D-printad ställning skapad för att hjälpa till att läka osteokondrala skador. Den inledande studien är ett proof-of-concept för att se om tryckta strukturer kan efterlikna den gradvisa övergången från smidig, kompressibelt brosk till hårt ben i slutet av långa ben. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University
Framtiden för projektet kommer att innebära att ta reda på hur man skriver ut ett osteokondralt implantat som passar patienten perfekt och låter det porösa implantatet växa in i och knytas ihop med benet och brosket.
Mikos sa att samarbetet är en stor tidig framgång för Center for Engineering Complex Tissues (CECT), ett National Institutes of Health Center i Maryland, Rice och Wake Forest School of Medicine utvecklar verktyg för bioprintning för att ta itu med grundläggande vetenskapliga frågor och översätta ny kunskap till klinisk praxis.
"I det sammanhanget, vad vi har gjort här är effektfullt och kan leda till nya lösningar för regenerativ medicin, " sa Mikos.
