人工骨：最新の3次元印刷

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すぐに、損傷した人間の骨を3Dプリンタで作成された合成骨格に置き換えることができます。

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この「超弾性」の骨は、人間の骨に見られる天然のカルシウムから作られた「インク」で生産されます。現在の方法を大幅に上回る進歩において、科学者たちはカスタムプリントされた骨が骨の再生と成長を速やかに誘導できると言う。

<！それは、医療手技をより効果的にし、苦痛を少なくし、長く持続させる可能性があります。

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頭蓋顔面、歯科、脊髄、および他の骨およびスポーツ医学的傷害の修復を含むことができる。

ノースウェスタン大学の科学者たちは先月、Science Translational Medicine誌に発表した。

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<！研究チームを率いたRamille Shah博士は、NorthwesternのMcCormick School of Engineeringの材料科学と工学の助教授であり、手術の助教授でもあります。ノースウェスタンのファインバーグ医科大学で学びました。シャー（Shah）は、超多能性骨を「非常に汎用性の高い、増殖因子を含まない、骨形成性で、拡張性があり、外科的に親しみやすい生体適合材料」として記載している。 "

<！科学者らは、ラットに脊髄融合を行い、アカゲザルの頭蓋骨欠損を修復するために超弾性骨を作製した。動物試験は続行されます。

シャーと彼女のチームは、人工骨の人体試験が5年以内に始まると考えています。ノースウェスタンでShah Tissue Engineering and Additive Manufacturing Labを率いるShah氏は、Healthlineのインタビューで、彼女のチームの科学者と臨床家の目標は、「骨組織のための3次元印刷可能な生体材料を開発することだ」と述べた子供の再生。 "

外傷または出生から骨欠損を患っている小児患者は、この技術により有意に利益を得ることができます。

"頭蓋顔面の欠陥に使用される現在の外科医の材料は、金属製の板とねじ、ポリマーですが、分解性のものではなく、顔面作業のためです。 「今の主な方法は、患者の肋骨や腰から骨片を取り出し、「自動移植」を行うことです。彼らが再形成したい欠陥空間にフィットするように形を整えます。しかし、この方法は身体のどこかで問題を引き起こす可能性があります。小児患者には「異物」を使用したくないため、特に自動移植は子供に使用されます。 "

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骨移植手術は、子供にとっては苦痛で複雑です。自家移植のための骨収穫は、他の合併症および痛みにつながる可能性があります。金属製のインプラントが使用されることがありますが、これは成長する子供のための永続的な修正ではありません。

"成人はインプラントに関してもっと多くの選択肢がある"とシャーは言った。 "小児患者はそうではありません。彼らに恒久的なインプラントを与えるならば、将来的には手術が必要になります。彼らは何年もの困難に直面するかもしれません。 "

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適切な成分

天然骨成分は成功に不可欠です。シャーの生体材料の主成分はヒドロキシアパタイトであり、これは天然の脊椎骨の主要構造要素（90重量％）であるカルシウムのリン酸塩である。シャーと彼女の同僚は、90％のハイドロキシアパタイトと10％の生体適合性の生分解性医療用ポリマーを、ソリッドよりも液体のようなテクスチャーにする溶媒に混ぜる。

「一貫性はエルマーの糊のようなものです。

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この混合物は、3Dプリンタで使用されるため、「インク」と呼ばれます。混合物が押出されると、主溶媒が直ちに蒸発して材料を凝固させる。材料の構造は多孔質であり、室温で使用することができる。シャー氏は、「細胞や血管が組織の統合を促進するために構造骨格に浸透しなければならないため、高い空隙率が重要である」と説明した。さらに、高濃度のヒドロキシアパタイトは、迅速な骨再生を誘発する環境を作り出す。 "[超弾性骨は分解して天然の骨に再形成するように設計されているため、患者とともに成長することができる"とShahは述べた。これにより、金属板やインプラントのように、将来の外科手術の必要がなくなります。 "

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汎用製品

超可変骨は多目的で様々な強さで印刷できます。

これには、弾力性の高い骨、重大な負荷に耐える骨、さらには中空または緻密な骨が含まれます。これらの機械的特性は、3D印刷物のアーキテクチャによって決定される、とShahは述べている。

合成骨は各患者に合わせてカスタマイズすることができる。シャーは、さまざまな用途に、脊椎骨折の修復、スポーツ医学的傷害、および柔組織と骨の治癒を必要とするACLおよび回旋腱板の傷害が含まれると述べた。頭蓋顔面および歯科の用途、および顔の変形に対して、置換骨は、特に患者の結果に重要な審美的要素がある場合には、患者の対称性および解剖学的構造に完全に適合するように印刷することができる。 。

「材料も非常に伸縮性があり、外科医はそれを操作することができる」とシャー氏は語った。 「現在入手可能な材料は、非常に柔軟性があり、切断や形状加工が困難ではありません。外科医はこれについて聞いて、とても興奮していました。 "

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頭部外科手術で重要

超弾性骨の特性は、頭と顔の骨を修復するのに特に重要です。"頭蓋顔面の欠陥では、欠陥を修正またはカバーするオブジェクトを作成し、顔の対称性を維持することができます。" 「患者固有のものを印刷することができます。材料は足場を通過します。これは重要です。なぜなら、欠陥の中に血管がなければ、組織の壊死[組織の死]が起こるからです。骨格において、細胞は新しい骨材料を沈着させる。恒久的なインプラントでは、時間の経過とともにそれらを交換する必要があります。この新しい材料は患者と共に成長し、非侵襲性である。 "

抗生物質を感染コントロールに加えることができます。研究者は、室温で3次元印刷プロセスを実施し、抗生物質などの他の要素をインクに添加することができます。

「手術後の感染の可能性を減らすために抗生物質を組み込むことができます。 「必要に応じて、さまざまなタイプの成長因子とインクを組み合わせて、再生をさらに強化することもできます。それは本当に多機能な素材です。 "

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パーソナライズされた置換

シャーの合成骨材料を使用する外科医は、患者の身体をスキャンし、3Dプリンタで個人化された置換骨を作成することができます。生体材料の柔軟性のある機械的性質は、医師が外科手術中に容易に切断してそれをサイズに合わせることを可能にする。シャー氏によれば、これは速くなるばかりでなく、自己グラフト材を使用する場合に比べて痛みも少なくなっています。

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2009年に彼女が研究を始めたとき、シャーはファカルティ・スタートアップ資金を受け、国立衛生研究所（NIH）からの継続的な支援を受けていた。

彼女は政府と企業の資金を得ることを望んでおり、最近ノースウェスタンで創業企業を立ち上げ、彼女の仕事のためのアプリケーションを探求しています。

Shah氏は、「顧客に特化したインプラントの納期は24時間以内になる可能性があります。それは頭蓋顔面手術と整形外科手術の世界を変える可能性があり、患者の成果を改善することを願っています。 "