En forskare från UBC Okanagan har upptäckt en ny konstgjord bendesign som kan anpassas och göras med en 3D-skrivare för starkare, säkrare och effektivare benersättningar.

Hossein Montazerian, forskningsassistent vid UBC Okanagan's School of Engineering, har identifierat ett sätt att modellera och skapa konstgjorda bentransplantat som kan skräddarsys. Montazerian säger att mänskliga ben är otroligt motståndskraftiga, men när det går fel, att ersätta dem kan vara en smärtsam process, kräver flera operationer.

"När man designar konstgjorda benställningar är det en fin balans mellan något som är tillräckligt poröst för att blandas med naturligt ben och bindväv, men samtidigt tillräckligt stark för att patienter ska kunna leva ett normalt liv, " säger Montazerian. "Vi har identifierat en design som ger den balansen och kan skräddarsys med hjälp av en 3D-skrivare."

Traditionell bentransplantation används inom medicin för att behandla allt från traumatiska frakturer till defekter, och kräver att ben flyttas från en del av kroppen till en annan. Men Montazerian säger att hans konstgjorda bentransplantat skulle kunna skräddarsys för att eventuellt passa alla patienter och inte skulle kräva transplantation av befintliga benfragment.

I sin forskning, Montazerian analyserade 240 olika bentransplantatdesigner och fokuserade på just de som var både porösa och starka. Han skrev ut de som presterade bäst med en 3D-skrivare och körde sedan fysiska tester för att avgöra hur effektiva de skulle vara under belastning i den verkliga världen.

"Några av strukturerna stack verkligen ut, " Montazerian tillägger. "De bästa designerna var upp till 10 gånger starkare än de andra och eftersom de har egenskaper som är mycket mer lika naturliga ben, de är mindre benägna att orsaka problem på lång sikt."

Montazerian och hans medarbetare arbetar redan med nästa generations design som kommer att använda en blandning av två eller flera strukturer.

"Vi hoppas kunna producera bentransplantat som kommer att vara ultraporösa, där benet och bindväven möts och är extra starka vid de punkter som är mest belastade. Det slutliga målet är att producera en ersättning som nästan perfekt efterliknar äkta ben."

Medan hans bentransplantatdesigner är på god väg, Montazerian säger att tekniken fortfarande behöver vissa framsteg innan den kan användas kliniskt. Till exempel, han säger att andra forskare inom området börjar förfina biomaterial som inte kommer att avvisas av kroppen och som kan skrivas ut med de mycket fina 3D-detaljer som hans design kräver.

"Den här lösningen har en enorm potential och nästa steg blir att testa hur våra konstruktioner beter sig i verkliga biologiska system, " säger han. "Jag hoppas få se den här typen av teknik kliniskt implementerad för riktiga patienter inom en snar framtid."

Montazerians forskning publicerades nyligen i Science Direct's Material och design .