Forsker ser på fremtiden for knogleudskiftninger

En UBC Okanagan-forsker har opdaget et nyt kunstigt knogledesign, der kan tilpasses og laves med en 3D-printer for stærkere, sikrere og mere effektive knogleudskiftninger.

Hossein Montazerian, forskningsassistent ved UBC Okanagan's School of Engineering, har identificeret en måde at modellere og skabe kunstige knogletransplantater, der kan specialudskrives. Montazerian siger, at menneskelige knogler er utroligt modstandsdygtige, men når det går galt, at udskifte dem kan være en smertefuld proces, kræver flere operationer.

"Når man designer kunstige knoglestilladser, er det en fin balance mellem noget, der er porøst nok til at blandes med naturlig knogle og bindevæv, men samtidig stærk nok til, at patienter kan leve et normalt liv, " siger Montazerian. "Vi har identificeret et design, der rammer den balance og kan specialbygges ved hjælp af en 3D-printer."

Traditionel knogletransplantation bruges i medicin til at behandle alt fra traumatiske frakturer til defekter, og kræver flytning af knogler fra en del af kroppen til en anden. Men Montazerian siger, at hans kunstige knogletransplantater kunne specialudskrives, så de potentielt passer til enhver patient og ikke ville kræve transplantation af eksisterende knoglefragmenter.

I sin forskning, Montazerian analyserede 240 forskellige knogletransplantationsdesigns og fokuserede på netop dem, der var både porøse og stærke. Han printede dem, der klarede sig bedst, ved hjælp af en 3D-printer og kørte derefter fysiske tests for at bestemme, hvor effektive de ville være under belastning i den virkelige verden.

"Nogle af strukturerne skilte sig virkelig ud, Montazerian tilføjer. "De bedste designs var op til 10 gange stærkere end de andre, og da de har egenskaber, der minder meget mere om naturlig knogle, de er mindre tilbøjelige til at forårsage problemer på lang sigt."

Montazerian og hans samarbejdspartnere arbejder allerede på den næste generation af designs, der vil bruge en blanding af to eller flere strukturer.

"Vi håber at producere knogletransplantater, der vil være ultraporøse, hvor knogler og bindevæv mødes og er ekstra stærke på de punkter, der er mest belastet. Det ultimative mål er at producere en erstatning, der næsten perfekt efterligner ægte knogle."

Mens hans knogletransplantationsdesign er godt på vej, Montazerian siger, at teknologien stadig har brug for nogle fremskridt, før den kan bruges klinisk. For eksempel, han siger, at andre forskere på området begynder at forfine biomaterialer, som ikke vil blive afvist af kroppen, og som kan printes med de meget fine 3D-detaljer, som hans design kræver.

"Denne løsning har et enormt potentiale, og næste skridt vil være at teste, hvordan vores design opfører sig i rigtige biologiske systemer, " siger han. "Jeg håber at se denne form for teknologi implementeret klinisk for rigtige patienter i den nærmeste fremtid."

Montazerians forskning blev for nylig offentliggjort i Science Direct's Materialer &Design .