Новый метод 3D-печати позволяет создавать персонализированные имплантаты и восстанавливать ткани

Новое достижение в технологии 3D-печати открывает двери для различных медицинских приложений, включая индивидуальные имплантаты и сердечные бандажи. Исследователи из CU Boulder в сотрудничестве с Университетом Пенсильвании разработали метод 3D-печати, который производит материалы, которые являются одновременно прочными и гибкими, способными адаптироваться к конкретным потребностям организма.

Инновационный материал для медицинского использования

Команда под руководством профессора Джейсона Бердика из Института BioFrontiers CU Boulder создала материал, который может выдерживать постоянное биение сердца, выдерживать давление суставов и принимать различные формы и размеры. Их результаты были опубликованы в выпуске Science от 2 августа.

«Сердечная и хрящевая ткани похожи тем, что у них очень ограниченная способность к самовосстановлению. Когда они повреждены, пути назад нет», — сказал Бердик. «Разрабатывая новые, более прочные материалы для улучшения этого процесса восстановления, мы можем оказать большое влияние на пациентов».

Мэтт Дэвидсон, научный сотрудник лаборатории Бердика, демонстрирует материал, напечатанный на 3D-принтере и предназначенный для различных медицинских применений.

Инновации, вдохновленные природой

Традиционные биомедицинские устройства, как правило, производятся массово, не имея гибкости для персонализированных имплантатов. 3D-печать предлагает решение, позволяя создавать индивидуальные формы и структуры. В отличие от обычных принтеров, 3D-принтеры создают объекты слой за слоем, используя такие материалы, как пластик, металлы или даже живые клетки.

Гидрогели, часто используемые при изготовлении контактных линз, были многообещающим материалом для искусственных тканей и имплантатов. Однако обычные гидрогели, напечатанные на 3D-принтере, часто выходят из строя под нагрузкой, либо ломаясь при растяжении, либо трескаясь под давлением.

Команда Бердика черпала вдохновение у червей, которые образуют твердые, но гибкие “капли”, запутываясь. Имитируя это запутывание с помощью длинных молекулярных цепей, они разработали новый метод печати под названием CLEAR (непрерывное отверждение после воздействия света с помощью окислительно-восстановительного инициирования).

Замечательная устойчивость и адгезия

Испытания показали, что материалы, напечатанные с помощью CLEAR, более долговечны, чем те, что были изготовлены традиционными методами 3D-печати. ​​Один исследователь даже переехал образец велосипедом, продемонстрировав его прочность. Кроме того, эти материалы хорошо прилипают к тканям и органам животных.

«Теперь мы можем печатать на 3D-принтере адгезивные материалы, достаточно прочные для механической поддержки тканей», — сказал Мэтт Дэвидсон, научный сотрудник лаборатории Бердика.

Потенциал для преобразования медицинской помощи

Бердик предполагает, что эти материалы будут использоваться для восстановления сердечных дефектов, доставки регенерирующих ткани препаратов непосредственно в органы, поддержки хрящей и даже замены традиционных швов на безыгольные варианты, которые минимизируют повреждение тканей.

Команда подала заявку на предварительный патент и планирует дальнейшие исследования, чтобы понять, как ткани взаимодействуют с этими новыми материалами.

Помимо медицины, этот метод может иметь потенциальное применение в исследованиях и производство, предлагая более экологически чистый процесс 3D-печати, устраняя необходимость в дополнительной энергии для закалки деталей.

«Это простой метод 3D-обработки, который люди в конечном итоге могли бы использовать в своих собственных академических лабораториях, а также в промышленности для улучшения механических свойств материалов для широкого спектра применений», — сказал Абишек Дханд, научный сотрудник лаборатории Бердика и докторант кафедры биоинженерии Пенсильванского университета.

Более подробную информацию можно найти в полном исследовании на сайте Science.org. Оригинальная статья доступна на сайте EurekAlert.