Ar įmanoma sukurti implantą, kuris ne tik pakeistų pažeistą audinį, bet ir paskatintų organizmą jį visiškai atkurti? Dar visai neseniai tai atrodė kaip mokslinė fantastika, tačiau šiandien pažangios biomedicininės medžiagos ir 3D spausdinimo technologijos vis sparčiau priartina tokią galimybę prie klinikinės praktikos.
3D spausdinimas medicinoje jau seniai nebėra vien technologija, skirta anatominiams modeliams ar plastikinėms detalėms gaminti. Šiandien jis tampa vienu svarbiausių įrankių kuriant individualizuotus implantus ir pažangias medicinos priemones.
Galimybė sluoksnis po sluoksnio formuoti sudėtingas trimates struktūras pagal skaitmeninį modelį ir sukurti implantus atveria naujas galimybes gydyti pacientus tiksliau, greičiau ir efektyviau.
Kodėl svarbiausia yra ne 3D spausdintuvas, o medžiaga?
Vien įrangos nepakanka – implanto sėkmę pirmiausia lemia biomedicininė medžiaga. Ji turi būti suderinama su žmogaus biologinėmis sistemomis, netoksiška, pasižymėti tinkamomis mechaninėmis savybėmis ir, priklausomai nuo paskirties, gebėti palaipsniui suirti, sudarydama sąlygas natūraliam audinių atsikūrimui.
Kadangi skirtingi žmogaus audiniai pasižymi skirtingomis savybėmis, universalios medžiagos visiems implantams nėra. Kietųjų audinių, pavyzdžiui, kaulo regeneracijai dažniausiai kuriami kompozitai, derinant bioskaidžius polimerus su bioaktyviais užpildais, tokiais kaip hidroksiapatitas ar β-trikalcio fosfatas.
Tokios medžiagos suteikia karkasui pakankamą mechaninį tvirtumą ir kartu pagerina biologines savybes. Tuo tarpu kremzlės, odos, kraujagyslių regeneracijai reikalingos elastingesnės medžiagos.
Nuo studijų iki mokslinių tyrimų
Tokių biomedicininių medžiagų kūrimas reikalauja tarpdisciplininių žinių ir praktinių gebėjimų. Tam būtina suprasti biologinius procesus, išmanyti inžinerinius sprendimus ir gebėti taikyti pažangias gamybos technologijas.
Būtent tokius specialistus rengia Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakulteto (KTU CTF) Biomedicininių medžiagų industrijos studijų programa, kurioje derinamos chemijos, biologijos, medžiagų mokslo ir inžinerijos žinios kuriant pažangias biomedicinines medžiagas medicinai.
Vienas iš šios srities jaunųjų tyrėjų – KTU doktorantas Jokūbas Lukošiūnas. Jau antrus metus jis tiria biomedicinines medžiagas ir kuria bioaktyvius 3D spausdintus karkasus, skirtus kaulinio audinio regeneracijai.
Jo atliekami tyrimai apima visą inovacijos kūrimo grandinę – nuo kompiuterinio modeliavimo, naujų medžiagų sintezės ir jų savybių tyrimų iki bioaktyvių kaulo regeneracijai skirtų karkasų kūrimo.
Kai implantas tampa pagalbininku organizmui
Viena iš sričių, kurioje tokie bioaktyvūs karkasai galėtų būti plačiai pritaikomi, yra veido ir žandikaulių chirurgija. Netekus dantų dažnai prasideda žandikaulio kaulo nykimas, todėl daliai pacientų kaulo kiekio nepakanka dantų implantui įsriegti.
Tokiais atvejais atliekama kaulo priauginimo procedūra, kurios metu dažniausiai naudojamas iš kitos paciento kūno vietos paimtas kaulas. Tačiau papildoma operacija reiškia ilgesnį gijimo laikotarpį, didesnę komplikacijų riziką ir didesnį diskomfortą pacientui.
Tokiais atvejais perspektyvia alternatyva galėtų tapti 3D spausdinti bioaktyvūs karkasai. Implantuotas į kaulo defektą, toks karkasas veikia kaip laikina atrama, prie kurios prisitvirtina ląstelės ir pradeda formuoti naują kaulinį audinį.
Vykstant gijimo procesui, karkasas palaipsniui rezorbuojasi, o jo vietą užima natūraliai susiformavęs paciento kaulas. Taip implantas tampa ne pasyviu pakaitalu, o aktyvia audinių regeneracijos proceso dalimi.
Nors iki plataus tokių implantų taikymo klinikinėje praktikoje dar reikalingi išsamūs ikiklinikiniai ir klinikiniai tyrimai, šiandien kuriamos technologijos jau leidžia matyti aiškią ateities kryptį.
Individualizuoti implantai, pažangios biomedicininės medžiagos ir 3D spausdinimas tampa vienais svarbiausių regeneracinės medicinos variklių, atveriančių galimybes tiksliau ir efektyviau atkurti pažeistus audinius.
About the Author
