Костный порошок улучшил качество 3D-печатных костей

Американские ученые усовершенствовали технологию трехмерной печати костей, добавив в полимер измельченную костную ткань. Отчет об исследовании опубликован в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering.

Сотрудники Университетов Джонса Хопкинса и Мэриленда взяли за основу поликапролактон (ПКЛ) — биологически инертный и разлагаемый пластик, который плавится при температуре от 80 до 100 градусов Цельсия, что позволяет смешивать его с некоторыми биологическими материалами. В полимер ученые добавили порошок очищенной от клеток костной ткани, полученной из колена коровы. Такая ткань содержит структурные белки и факторы роста, способствующие закреплению и пролиферации стволовых клеток в ходе формирования кости.

Попытки 3D-печати показали, что при содержании костного порошка выше 70 процентов материал теряет прочность и пластичность. Поэтому в дальнейших экспериментах ученые использовали материалы, содержащие 30 и 70 процентов костной ткани.

Напечатанный каркас кости инкубировали in vitro со стволовыми клетками, полученными из человеческой жировой ткани. Через три недели экспрессия трех генов, характерных для растущей кости, в образце с 70-процентным содержанием костного порошка оказалась в сотни раз больше, чем на каркасе из чистого ПКЛ. 30-процентное содержание костного порошка дало промежуточный результат.

После добавления в питательную среду бета-глицерофосфата, необходимого для накопления кальция, клетки на 30-процентном образце производили на 30 процентов, а на 70-процентном — более чем на 100 процентов больше кальциевых солей, чем клетки на чистом ПКЛ.

При закрытии искусственных дефектов свода черепа у мышей компьютерная томограмма через 12 недель после операции показала 50-процентное увеличение роста костной ткани на обоих содержащих кость материалах по сравнению с каркасом из чистого полимера.

«Хотя в экспериментах на питательной среде 70-процентный каркас способствовал росту кости значительно лучше 30-процентного, последний прочнее. Поскольку в эксперименте на мышах особой разницы между ними не было, мы продолжаем подбирать оптимальный состав смеси», — пояснил старший автор разработки Уоррен Грейсон (Warren Grayson).

Также исследователи планируют эксперименты с использованием порошка человеческой кости, с различной печатной структурой каркаса и с добавлением факторов роста сосудов.

Олег Лищук