3D-биопринтинг позволит печатать кости и внутренние органы
Киров
20.11.20

3D-биопринтинг позволит печатать кости и внутренние органы

19 ноября Информационный центр по атомной энергии Кирова провёл Public Talk «Как сегодня 3D-печать применяется в медицине».

3D-принтеры становятся доступными и всё чаще воспринимаются как технологические «игрушки». Однако в научных лабораториях они приносят реальную пользу. В медицине 3D-принтеры помогают сделать персонализированные имплантаты для конкретного человека с учётом особенностей его организма. О том, как используются 3D-принтеры в медицине, рассказал Фёдор Сенатов, кандидат физико-математических наук, биоматериаловед из центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС».

Фёдор начал свое выступление с того, что существуют две основные технологии работы 3D-принтеров: субтрактивные (когда есть кусок материала, и происходит обтачивание его до совершенства), и аддитивные технологии (послойное воспроизводство какой-либо модели).

«Наиболее популярными методами 3D-печати в медицине являются FDM-печать (обтачивание), SLS-печать (лазером), а наиболее перспективным направлением считается 3D-биопринтинг, когда будущий орган печатается слой за слоем из специальных сфероидов, которые содержат в себе клетки, и затем этот орган растёт», — пояснил эксперт. Популярными материалами для 3D-печати являются Ti-сплавы, ПЭЭК, биочернила, а также биорезорбируемые материалы, которые могут растворяться в организме человека, замещаясь тканями организма.

Что нужно сделать, чтобы воспроизвести кусок кости? Для этого нужно поместить человека или животного в томограф, отсканировать повреждение, а затем распечатать 3D-модель.  Также Фёдор пояснил, что есть множество проблем, связанных с 3D-печатью, потому что при наличии дефектов может быть нанесён вред организму. «Важно соблюдать параметры при печати органов, которые позволят и функционировать суставу, и взаимодействовать с костью. Кроме этого, важно правильно разработать имплантат», — подчеркнул спикер.

Затронул эксперт и будущее 4D-печати. Фёдор отметил, что возможны три варианта реализации эффекта 4D-печати: изменение материалом своей формы, комбинация слоёв и элементов с разным отзывом, а также «программирование» внутренних напряжений в ходе 3D-печати.

Спикер рассказал о разных способах печати на 3D-принтерах.  Так, для челюстно-лицевых ненагруженных дефектов используется пористый имплантат и мультипотентные стромальные клетки пациента. Например, для расширенных дефектов нагруженных костей возникает проблема взаимодействия титана и кости, так как титан гораздо более жёсткий, чем кость, и вся нагрузка уходит на титан. Также есть решение для скаффолдов (полимерных имплантатов, похожих на реальную кость) сложной формы. Благодаря этому методу печатается не только кость, но и негатив кости. Затем напечатанный негатив кости наполняется порошком полиэтилена, спрессовывается и помещается в кислоту.

Поделился Фёдор обзором интересных разработок, проходящих в лаборатории. Например, ещё недавно срок сращивания кости с имплантом составлял более 6 недель. Однако сотрудниками лаборатории были проведены эксперименты, и сейчас этот срок сократился до трёх недель: образуется своя кость с белками, стимулирующими образование новой ткани.

Сравнивая металлический протез XX века и биоинженерный имплантат XXI века, Фёдор отметил, что в обоих способах есть свои сложности. Например, металлический протез обладает большим весом и часто может сломать заменённую повреждённую кость. В свою очередь биоинженерный имплантат реагирует даже на небольшое изменение температур (например, на 0,5 градуса) и разваливается. «Но будущее всё равно за биоинженерным имплантатом XXI века», — заверил эксперт.

«Таким образом, нужно подобрать химический состав, воспроизвести микроструктуру, воспроизвести свойства ткани, повторить точную геометрию, обеспечить «самоустановку» и обратную связь, ввести медицинский препарат, ввести факторы роста и колонизировать клетками пациента», — сделал вывод Фёдор.

Отвечая на вопросы зрителей, Фёдор подчеркнул, что несмотря на то, что 3D-принтеры сейчас становятся более доступными, разработка индивидуального имплантата – это всегда дорого. Биоматериаловед также отметил важность слаженной работы всех специалистов – физиков, врачей, физиологов и инженеров.  

Запись эфира можно посмотреть по ссылке: https://vk.com/myatom_kirov?z=video-189209997_456239315%2Fb1d43b81a4fcdd31df%2Fpl_wall_-189209997