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科学家开发出与人骨成分相似的3D打印材料

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-11-26浏览次数:630

大约20年前,Bob Pilliar教授开始寻找合成骨的替代材料。有一段时间,塑料,金属和陶瓷曾被认为是可用于关节置换的最新和最好的材料,但它们具有缓解疼痛和患者活动性的前提,即这些材料不耐用。 Pilliar被称为加拿大陶瓷材料之父。

今天,通过与其他两位研究人员合作,多伦多大学牙科学院和生物材料与生物医学工程学院的名誉教授Pilliar发现了可用于制造未来植入物的天然成分。要更换人工膝关节和髋关节,他的部位必须是可生物降解的,耐用的,并根据患者的特征量身定制。

最后,研究人员发现了磷酸钙形式的有效配方。粉末由与人体骨骼相同的矿物成分组成,它来自美国种子巨头孟山都公司放弃的可降解生物材料。经过一些研究,Pilliar和他的同事认为他们找到了合适的化合物来制造骨替代材料,之后他们所需要的只是找到合适的制造方法。

为此,一位年轻的机电一体化工程师Mihaela Vlasea接管了这项任务。她是增材制造领域的大师。根据这种材料的特点和要求,她开发了一种定制的3D打印机。据天宫介绍,这种设备和双门冰箱一样大,它使用紫外线将磷酸钙粉末粘合在一起。使用这台机器,Vlasea在种植体内制造管道和空腔,具有尖端尺寸的精度。

坦率地说,这种3D打印的骨植入物就像一个蚁丘,其内部充满了用于输送营养物的管道网络,并且该网络的出口是植入物表面中的小孔。一旦植入,人骨细胞就会扩散并与骨结构机械地互锁。

“我们在部件内部排列毛孔的方式基本上允许自然骨在植入物内以不同的速率生长,”她说,并补充说该方法也可以应用于燃料电池和牙科植入物的设计。

随着时间的推移,多磷酸钙被人体吸收,患者的组织和细胞长成人造植入物的形状。 “我们希望用它代替人工关节,并要求所有的金属材料。但在短期内,我们只能尝试更换小骨头,”Pilliar教授说。 “如果我们成功了,可以进一步尝试创造更大的关节。

此外,Pilliar教授还在开发人类软骨的替代品,如果成功的话,这对许多关节炎患者来说是一个福音。

与我们的常识不同,关节炎患者实际上并不局限于城市中的老年人。该疾病主要由外伤,关节变形或运动损伤引起。目前,由于软骨细胞不能再生,因此对其的治疗非常有限。

“现在,如果关节受损,就没有可以刺激它的真正治疗方法。”西奈山医院病理学和实验室医学主任丽塔康德尔说:“最后,你只能依靠金属和塑料材料。”替代“。

作为这个骨干项目的三个主要研究者之一,Kandel与多伦多大学的Pilliar教授和研究员Marc Grynpas合作了二十多年。

据她介绍,今天的均匀大小的植入物的使用寿命为20至30年,之后需要手术来更换新的植入物。 Kandel希望通过使用患者自身组织和细胞产生的“生物关节置换”来解决这个问题。

为此,Kandel试图从患者的骨髓中提取干细胞,然后在实验室中对其进行重新编码,以生长为未成熟的软骨细胞。几周后细胞就会成熟,研究人员将它们堆放在滑铁卢大学的3D打印磷酸钙植入物上并使其生长。根据天宫的说法,一旦植入物通过手术植入体内,它就能自然地发挥作用甚至自愈。

Kandel称之为“生物表面重修”,这进一步降低了植入物植入人体后发生排斥反应的可能性。 “如果您使用患者自己的细胞,异物就不会被认为是外来的。”她说并补充说,这种新疗法可以从根本上预防关节炎的发展。

尽管这种定制植入物的可能价格仍然未知,但由于原材料价格低廉,Kandel预计该产品在商业化后会更便宜。此外,她估计这种新型人工关节“生物替代”将在未来十年内得到广泛应用。

与此同时,研究人员正在测试使用这种新方法通过动物试验修复小骨替代物的可行性,他们预计这种方法将持续两年。