استخوان ها توانایی خود ترمیمی بالایی دارند. به همین دلیل است که بعد از شکستگی‌ها، استخوان‌ها معمولاً می‌توانند دوباره رشد کنند. اگرچه مدت زمانی که ممکن است طول بکشد بسته به سن و شدت شکستگی و سایر عوامل متفاوت است. با این حال، اگر نقایص استخوانی بزرگتر در نتیجه تومورها رخ دهد، استخوان دیگر نمی تواند خود را بازسازی کند. در این مورد از ایمپلنت هایی استفاده می شود که معمولاً از تیتانیوم یا مواد استخوانی خود بیمار از سایر قسمت های بدن ساخته شده اند. اکنون، برای این منظور پرینت سه بعدی جدیدترین فناوری مورد استفاده است. در دانشگاه روستوک، یک پروژه تحقیقاتی به دنبال تولید ساختارهای جایگزین استخوانی فعال‌زیستی است. به طور خاص، این پروژه ELAINE از مرکز تحقیقات مشارکتی 1270 به سرپرستی پروفسور دکتر هرمان سیتز است. به عنوان بخشی از این پروژه، دانشمندان در حال آزمایش تولید ایمپلنت های استخوانی زیست فعال با چاپ سه بعدی هستند. تا به حال، تیتانیوم اغلب به عنوان ماده ای جایگزین برای استخوان استفاده می شده است. با این حال، انطباق با شرایط تشریحی فردی ممکن است دشوار باشد. علاوه بر این، ایمپلنت های تیتانیوم می توانند به راحتی شل شوند و در نتیجه مشکلاتی را در طولانی مدت ایجاد کنند. یک روش درمانی جایگزین، برداشتن مواد استخوانی از لگن و پیوند آن به ناحیه آسیب دیده است. Seitz می‌گوید: "اما این روش با نقایص دیگری همراه است." برای اینکه بتواند ایمپلنت‌های بهتر با عوارض جانبی کمتر و سازگاری بهتر در آینده را تضمین کند، گروه تحقیقاتی ELAINE از تولید افزودنی استفاده می‌کند و در مسیر درمان نقص‌های استخوانی با فناوری چاپ سه بعدی قرار گرفته است.

گروه تحقیقاتی ELAINE روی تولید ایمپلنت‌های فعال الکتریکی کار می‌کند که رفتاری مشابه ساختارهای استخوانی خود دارند. دانشمندان توسط فیزیولوژی استخوان ها هدایت می شوند و از دانش شناخته شده در مورد پیزوالکتریک استخوان استفاده می کنند. پیزوالکتریک زمانی اتفاق می افتد که جامدات در معرض تغییر شکل مکانیکی قرار می گیرند و تنش هایی در آنجا ایجاد می شود. هنگامی که یک استخوان به طور مکانیکی بارگذاری می شود، سیگنال های الکتریکی به بافت ها ارسال می شود و رشد را تحریک می کند. کریستین پولی، دانشجوی دکترا در مرکز تحقیقات مشترک 1270 در دپارتمان Mircofluidics می گوید: «پیزوالکتریک عامل کلیدی در بازسازی مداوم استخوان در ارگانیسم است. این به اصطلاح "اثر پیزوالکتریک" باعث می شود سلول ها برای رشد تحریک شوند.

بر اساس این فناوری، گروه تحقیقاتی ایمپلنت‌هایی را از سرامیک‌های پیزوالکتریک، به‌ویژه تیتانات باریم، با استفاده از پرینت سه‌بعدی ایجاد کردند و همچنین برای انجام این کار با کرسی بیومتریال در دانشگاه فردریش الکساندر ارلانگن-نورنبرگ همکاری نزدیک داشتند. تیتانات باریم یک سرامیک پیزوالکتریک است که پتانسیل ولتاژ را تحت فشار نیز تولید می کند. در رویکرد تحقیقاتی ELAINE، تیتانات باریم با شیشه های زیست فعال ترکیب می شود. هنگامی که این ماده با مایعات بدن تماس پیدا می کند، یون ها را آزاد می کند و در نتیجه زیست فعالی خود را آشکار می کند. سپس این ماده زیست فعال با پرینت سه بعدی به ایمپلنت تبدیل می شود. مزیت پرینت سه بعدی این است که پس از اسکن دیجیتال، می توان مدل‌ها را به طور دقیق در چاپگر سه بعدی قرار داد و ایمپلنت های مورد نظر را به صورت جداگانه برای هر بیمار تولید کرد. پولی می گوید: «ما از قبل دقیقاً می دانیم که قطعه پازل باید چگونه باشد. فرآیند سه بعدی مورد استفاده، فناوری LCM (تولید سرامیک مبتنی بر لیتوگرافی) از Lithoz است. در مورد ELAINE، پلیمر حساس به نور با ذرات پیزوسرامیک بارگذاری می‌شود و سپس وارد چاپگر می‌شود، جایی که یک ساختار فیلیگرانی از طریق پخت نور ایجاد می‌شود. در دوره پس پردازش حرارتی، قسمت چاپ شده زینتر می شود. اگرچه پرینت سه بعدی خود فقط چند ساعت طول می کشد، پس پردازش یک شبه انجام می شود. با توجه به فرآیند تولید، ایمپلنت‌ها استریل و زیست سازگار هستند و می‌توان آن‌ها را در بدن بیمار قرار داد. سیتز از دانشگاه روستوک گفت: «ما در حال حاضر با موفقیت در اتاق‌های شبیه‌سازی آزمایش می‌کنیم که در آن‌ها می‌توان فشار موجود در ارگانیسم را به طور دقیق تقلید کرد. ما می خواهیم ایمپلنتی داشته باشیم که به محرک های مکانیکی به صورت پیزوالکتریک پاسخ دهد و در عین حال زیست فعال باشد. هدف این است که سلول های استخوانی از بافت مجاور به داخل ایمپلنت متخلخل مهاجرت کرده و کلونیزه شوند. اگر کلونیزاسیون و تشکیل عروق موفقیت آمیز باشد، ایمپلنت در بدن باقی می ماند.

اگرچه ELAINE با نتایج مرکز تحقیقات مشترک تاکنون در مسیر خوبی قرار گرفته است، هنوز تحقیقات اساسی زیادی برای استفاده از این ایمپلنت ها باید انجام شود. Seitz توضیح می دهد: "این به این دلیل است که مکانیسم های اساسی باید تا کوچکترین جزئیات بررسی شوند." به گفته وی، کاملاً ممکن است ده سال دیگر بگذرد تا این ایمپلنت ها عملا به استفاده بالینی روزمره برسند. با این حال، در حال حاضر واضح است که چاپ سه بعدی نقش مهمی در شکل دادن به درمان‌هاب پزشکی آینده خواهد داشت. در اینجا می توانید اطلاعات بیشتری در مورد ELAINE کسب کنید.


منبع: 3dnatives