Gerry Koons นักศึกษา MD/PhD ที่วิทยาลัยแพทยศาสตร์ Rice and Baylor เตรียมเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบพิมพ์ 3 มิติสำหรับการทดสอบ (เครดิต: เจฟฟ์ Fitlow / ข้าว)

เทคนิคใหม่ในการสร้างกระดูกที่มีชีวิตเพื่อซ่อมแซมอาการบาดเจ็บที่กะโหลกศีรษะโดยการติดเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นแม่พิมพ์ที่ซี่โครง

เซลล์ต้นกำเนิดและหลอดเลือดจากซี่โครงจะแทรกซึมวัสดุโครงนั่งร้านในแม่พิมพ์ และแทนที่ด้วยกระดูกที่ปรับแต่งได้ตามธรรมชาติสำหรับผู้ป่วย

วิศวกรชีวภาพ Antonios Mikos ผู้บุกเบิกด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อ และเพื่อนร่วมงานของเขาผสมผสานเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นในระหว่างโครงการที่มีระยะเวลายาวนานกว่าทศวรรษ เป้าหมายคือการพัฒนาการสร้างกะโหลกศีรษะหน้าใหม่ด้วยการใช้ประโยชน์จากพลังบำบัดตามธรรมชาติของร่างกาย

นักวิจัยได้พัฒนาเทคนิคในการปลูกรากฟันเทียมแบบพอดีตัวเพื่อซ่อมแซมอาการบาดเจ็บของกระดูกขากรรไกรจากซี่โครงของผู้ป่วยเอง (เครดิต: Mikos Research Group)

เทคนิคนี้กำลังได้รับการพัฒนาเพื่อทดแทนเทคนิคการสร้างใหม่ในปัจจุบันที่ใช้เนื้อเยื่อปลูกถ่ายกระดูกจากส่วนต่างๆ ของผู้ป่วย เช่น ขาส่วนล่าง สะโพก และไหล่

สารทดแทนกระดูก

Mikos ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพและวิศวกรรมเคมีและชีวโมเลกุลของ Rice กล่าวว่า "นวัตกรรมที่สำคัญของงานนี้คือการใช้ประโยชน์จากเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างกระดูกที่เติบโตในส่วนอื่นของร่างกายในขณะที่เราเตรียมข้อบกพร่องในการยอมรับเนื้อเยื่อที่สร้างขึ้นใหม่ มหาวิทยาลัยและเป็นสมาชิกของ National Academy of Engineering และ National Academy of Medicine

"การศึกษาก่อนหน้านี้ได้สร้างเทคนิคในการสร้างการปลูกถ่ายกระดูกโดยมีหรือไม่มีเลือดของตัวเองจากกระดูกจริงที่ฝังอยู่ในช่องอก" ผู้เขียนร่วม Mark Wong ศาสตราจารย์เก้าอี้และผู้อำนวยการโครงการของแผนกศัลยกรรมช่องปากและใบหน้าขากรรไกรของโรงเรียนกล่าว ของทันตแพทยศาสตร์ที่ศูนย์วิทยาศาสตร์สุขภาพมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ฮูสตัน

"การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าเราสามารถสร้างการปลูกถ่ายกระดูกจากวัสดุทดแทนกระดูกเทียมได้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญของแนวทางนี้คือ คุณไม่จำเป็นต้องเก็บเกี่ยวกระดูกของผู้ป่วยเองเพื่อทำการปลูกถ่ายกระดูก แต่สามารถใช้แหล่งอื่นๆ ที่ไม่ใช่ของตนเองได้” เขากล่าว

ถักและหุ้ม

เพื่อพิสูจน์แนวคิดของพวกเขา นักวิจัยได้ทำข้อบกพร่องรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าในขากรรไกรล่างของแกะ พวกเขาสร้างเทมเพลตสำหรับการพิมพ์ 3 มิติและพิมพ์แม่พิมพ์ฝังตัวและตัวเว้นวรรคซึ่งทั้งสองทำจาก PMMA หรือที่เรียกว่าซีเมนต์กระดูก เป้าหมายของตัวเว้นวรรคคือเพื่อส่งเสริมการรักษาและป้องกันเนื้อเยื่อแผลเป็นจากการเติมบริเวณที่บกพร่อง

พวกเขาเอากระดูกออกจากซี่โครงของสัตว์ทดลองมากพอที่จะเผยให้เห็นเชิงกรานซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งของเซลล์ต้นกำเนิดและหลอดเลือดไปยังวัสดุนั่งร้านเมล็ดภายในแม่พิมพ์ กลุ่มทดสอบประกอบด้วยกระดูกซี่โครงที่บดแล้วหรือวัสดุแคลเซียมฟอสเฟตสังเคราะห์เพื่อสร้างโครงที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ

แม่พิมพ์ โดยเปิดด้านข้างซี่โครงเพื่อสร้างส่วนต่อประสานที่แน่นหนา อยู่กับที่เป็นเวลาเก้าสัปดาห์ก่อนนำออกและย้ายไปยังบริเวณที่เกิดข้อบกพร่อง โดยเปลี่ยนตัวเว้นวรรค ในแบบจำลองสัตว์ กระดูกใหม่ที่ถักกับเนื้อเยื่อเก่าและเนื้อเยื่ออ่อนจะงอกขึ้นรอบๆ และปกคลุมบริเวณนั้น

ทำไมต้องซี่โครง?

Mikos กล่าวว่า "เราเลือกใช้ซี่โครงเพราะเข้าถึงได้ง่ายและเป็นแหล่งสเต็มเซลล์และหลอดเลือดที่อุดมสมบูรณ์ ซึ่งแทรกซึมเข้าไปในโครงนั่งร้านและเติบโตเป็นเนื้อเยื่อกระดูกใหม่ที่เข้ากับผู้ป่วย" "ไม่จำเป็นต้องมีปัจจัยการเจริญเติบโตหรือเซลล์จากภายนอกที่จะทำให้กระบวนการอนุมัติด้านกฎระเบียบและการแปลไปสู่การใช้งานทางคลินิกที่ซับซ้อน"

ซี่โครงให้ประโยชน์อื่น "เราสามารถสร้างกระดูกใหม่บนซี่โครงหลายซี่ได้ในเวลาเดียวกัน" ผู้เขียนร่วม Gerry Koons นักศึกษา MD/PhD ที่ Rice and Baylor College of Medicine ซึ่งปัจจุบันทำงานในห้องปฏิบัติการของ Mikos กล่าว

การใช้ PMMA สำหรับแม่พิมพ์และตัวเว้นวรรคเป็นการตัดสินใจที่เรียบง่าย Mikos กล่าว เนื่องจากได้รับการควบคุมให้เป็นเครื่องมือทางการแพทย์สำหรับการใช้งานทางชีววิทยามานานหลายทศวรรษ ในสงครามโลกครั้งที่สอง เมื่อเครื่องบินรบใช้กระจกบังลม PMMA แพทย์สังเกตเห็นว่าเศษที่ฝังอยู่ในนักบินที่ได้รับบาดเจ็บไม่ทำให้เกิดการอักเสบ จึงถือว่าไม่เป็นพิษเป็นภัย แม้ว่าเป้าหมายเริ่มต้นของการศึกษาคือการปรับปรุงการรักษาอาการบาดเจ็บในสนามรบ แต่ภาพรวมยังรวมถึงการผ่าตัดพลเรือนด้วย

ผลปรากฏใน กิจการของ National Academy of Sciences.

เกี่ยวกับผู้เขียน

ผู้เขียนร่วมเพิ่มเติมมาจากข้าว ศูนย์วิทยาศาสตร์สุขภาพมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ฮูสตัน; วิทยาลัยแพทยศาสตร์เบย์เลอร์; Synthasome, Inc., ซานดิเอโก; และศูนย์การแพทย์มหาวิทยาลัย Radboud ประเทศเนเธอร์แลนด์

สถาบันเวชศาสตร์ฟื้นฟูกองทัพให้ทุนสนับสนุนการวิจัย การสนับสนุนเพิ่มเติมสำหรับการวิจัยมาจากสถาบันสุขภาพแห่งชาติ มูลนิธิ Osteo Science Foundation โครงการ Barrow Scholars และมูลนิธิ Robert and Janice McNair

ที่มา: มหาวิทยาลัยไรซ์

หนังสือ_วิทยาศาสตร์