Kości drukowane w trzech wymiarach

Nasze implanty będą szyte na miarę i idealnie zastąpią ubytki – mówi Barbara Ostrowska, ekspertka w dziedzinie inżynierii materiałowej z Politechniki Warszawskiej.

Publikacja: 05.10.2015 20:43

Wydrukowany implant jest doskonale dopasowany do kości

Wydrukowany implant jest doskonale dopasowany do kości

Foto: materiały prasowe

Rzeczpospolita: Skąd pojawił się na Politechnice pomysł, żeby wytwarzać na drukarce 3D implanty kości?

Barbara Ostrowska:

Mój szef, profesor Wojciech Święszkowski, rozmawiał kiedyś z lekarzami z warszawskiego Centrum Onkologii. Skarżyli się oni, że choć mają osiągnięcia w operacyjnym leczeniu nowotworów kości twarzy, to po takiej operacji pacjent jest tak oszpecony, że trudno mu wrócić do normalnego życia, nie mówiąc już o tym, że często nie może samodzielnie jeść. Mamy więc operację udaną, ale człowieka okaleczonego. Prof. Święszkowski odpowiedział wtedy lekarzom, że przecież przy obecnym stanie technologii moglibyśmy wytwarzać dobrze dopasowane implanty dla tych ludzi.

Metodą druku 3D.

Tak, dzięki drukarce trójwymiarowej da się sporządzić implant, który idealnie zastąpi ubytek kości. Szyty na miarę, że się tak wyrażę. Oprócz tego mamy dostępne materiały biodegradowalne, dzięki którym implant powoli będzie w organizmie zanikał.

Zaraz: po co wszczepiać coś, co zniknie?

Chodzi o to, że implant będzie się rozpuszczał, a zastępować go będzie naturalna, wytwarzana przez organizm kość. Trzeba tylko dobrze dobrać krzywą zanikania implantu, tak żeby idealnie pasowała do dynamiki wzrostu kości. Bo tkanka kostna nie narasta liniowo, tylko najpierw powoli, potem coraz szybciej. Więc implant też musi zanikać najpierw wolno, potem coraz szybciej.

Co to konkretnie za materiał, o którym pani mówi?

Kompozyt, mieszanka polimeru i ceramiki. Oba składniki są dość powszechnie używane, my tylko dobraliśmy odpowiednie proporcje i stopień rozdrobnienia materiału ceramicznego. Musieliśmy też opracować trójwymiarową strukturę implantu. Proszę spojrzeć: ten implant jest porowaty. Są tu dziurki i kanaliki, które mogą mieć różne kształty. Musieliśmy znaleźć taką strukturę, w której najchętniej zagnieżdżają się komórki kości.

Jak szukaliście tej struktury?

Metodą prób i błędów. Drukowałam kilkanaście różnych próbek i zakraplałam do nich płyn z komórkami. Po tygodniu sprawdzałam pod mikroskopem, gdzie osiedliło się najwięcej komórek. Potem znowu drukowanie, znowu hodowanie. Aż znaleźliśmy najlepszy układ włókien.

Włókien?

Tak. Ten implant zbudowany jest z włókien ułożonych piętrowo. Niech pan sobie wyobrazi, że ma pan w tubce pastę do zębów, która zastyga nie po kilku godzinach, ale zaraz po wyciśnięciu z tuby. I wyciskając pastę, układa pan jakiś wzorek, który natychmiast wysycha. Na nim układa pan następną warstwę w poprzek albo na ukos. Tworzy się skomplikowana trójwymiarowa struktura, bardzo porowata, to znaczy w większości składająca się z powietrza.

W tych pustych miejscach narastają komórki kości.

Komórki najchętniej zagnieżdżają się w kącikach, tam, gdzie włókna kolejnych warstw stykają się ze sobą. Wydrukowany implant kąpiemy w roztworze, żeby włókna nie były gładkie, tylko szorstkie. Robią się w nich wgłębienia atrakcyjne dla komórek.

Kiedy wasze implanty zaczną być wszczepiane pacjentom po operacjach nowotworów twarzy?

Do tego jeszcze daleka droga. Nieszczęście tych ludzi było dla nas silnym impulsem do działania, ale teraz widzimy, że dotarcie do tych pacjentów zajmie jeszcze wiele lat.

Ale robiliście już doświadczenia na psach.

Nie tyle doświadczenia, ile tak zwane leczenie eksperymentalne. Dr Igor Bissenik wszczepiał nasze implanty psom cierpiącym na nowotwory kości w łapie. Wycinał chorą kość i zastępował implantem. Z tego, co pokazują zdjęcia rentgenowskie, wyniki były dobre. Widzimy, jak implant zanika, pojawia się kość.

Czy leczenie eksperymentalne zamierzacie przeprowadzać również u ludzi?

Tak, są już chętni, osoby z chorymi kolanami, nie z nowotworami, ale z uszkodzeniami mechanicznymi, np. pękniętymi łąkotkami, pacjenci Centrum Medycyny Sportowej w Warszawie. Będziemy dla nich drukować implanty, które zastąpią zarówno tkankę kostną, jak i chrzęstną. W jednym implancie użyjemy dwóch różnych materiałów.

A czy wyjdziecie kiedyś poza leczenie eksperymentalne i udostępnicie wynalazek szerszej rzeszy pacjentów?

Intensywnie nad tym pracujemy, ale przy produkcji wyposażenia medycznego trzeba spełniać bardzo ostre warunki. Musimy mieć sterylne laboratorium ze śluzą, na Politechnice Warszawskiej nie ma na to szansy. W tym pokoju, gdzie teraz siedzimy, to przecież nawet sami z kolegami wykładzinę kładliśmy, tu możemy myśleć nad wynalazkami, ale nie produkować certyfikowany sprzęt medyczny. Nawet tych drukarek, na których teraz pracujemy, nie będziemy mogli użyć. Trzeba będzie kupić nowe, które trafią do jałowego pomieszczenia i już go nie opuszczą. Dlatego Politechnika założyła MaterialsCare, firmę typu spin-off, która ma się zająć komercjalizacją wynalazku. Teraz potrzebny jest inwestor, który sfinansuje wymagane badania, sprzęt, laboratorium itp. I myślę, że znajdziemy takiego inwestora, bo ten wynalazek jest potrzebny, ludzie naprawdę czekają na te implanty. Można więc i zarobić, i zrobić coś pożytecznego.

Rzeczpospolita: Skąd pojawił się na Politechnice pomysł, żeby wytwarzać na drukarce 3D implanty kości?

Barbara Ostrowska:

Pozostało 98% artykułu
2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Kup teraz
Zdrowie
W Szwecji dziecko nie kupi kosmetyków przeciwzmarszczkowych
Zdrowie
Nerka genetycznie modyfikowanej świni w ciele człowieka. Udany przeszczep?
Zdrowie
Ptasia grypa zagrozi ludziom? Niepokojące sygnały z Ameryki Południowej
Zdrowie
Prof. Zbigniew Gaciong: Chcę ukończyć moje projekty
Zdrowie
Gwałtowny wzrost zachorowań na cholerę