Човешкото коляно е много повече от обикновена става, това е сложен механизъм и нараняването му е болезнено и обезсилващо състояние, което е трудно и скъпо за възстановяване. Университетът „Дюк” (Duke University) разработва материал подобен на хрущял на основата на хидрогел, който може да улесни възстановяването на коленете след травма. Хидрогелът може да се използва за 3D печат, като позволява на биоинженерите да създават изкуствени резервни елементи при наранявания на коленете, които да съответстват на създадените от природата, както по форма, така и по механични свойства.
3D печатът е от голяма полза за хирурзите. Чрез използването на виртуални модели на части от тялото на пациента, получени от компютърна томография или сканиране с магнитен резонанс, хирурзите могат да създават нови бедра, части от черепа и гръбначни прешлени, които са изключително близки до оригинала. 3D печат се използват и за създаването на детайлни модели на човешкото сърце за кардио хирурзи, които да планират сложни операции или за точната изработка на механични импланти.
Такава технология би трябвало да е от голяма помощ на хората с увредени колене, но анатомията на коляното е много сложна. Един от ключовите компоненти на всяко коляно е менискуса, с който изследователите демонстрират потенциала на новия материал. Менискуса е хрущял с форма подобна на ухо, който се намира в коляното между бедрената кост и подбедрицата. Той действа като амортисьор и смазочен лагер, който позволява на коляното да се сгъва и движи гладко по изненадващо изкусен и динамичен начин, издържайки десетилетия употреба, която би унищожила създадено от човека устройство.
Въпреки това, претоварване или дори неловко спъване може да разкъса менискусите, което води до болезнена хронична травма и повишен риск от артрит, тъй като при по-напреднала възраст, менискусите не могат да се излекуват бързо или напълно. Това означава, че травмите на коленете често изискват операция за отстраняване на повредения менискус или заместването му с пластмасов имплант. Но тези импланти са далеч от оригинала по издръжливост или еластичност и често не са биосъвместими, така че околните тъкани не могат да се излекуват добре.
3D печатa е напредък, но менискусът трябва да се пасва точно, защото може да се изплъзне или да причини силна болка. Също така, самият материал трябва да бъде пригоден за 3D печат.
„Менискусът не е от хомогенен материал”, казва студентката Фейчен Янг. „В средата е по-твърд, а външността му е малко по-мека. Многофункционалните 3D принтери позволяват да се отпечатват слоеве с различни материали, но при традиционната отливка може да се използва само един материал“.
Използвания материал за 3D печат е хидрогел, който е стабилен в организма, биосъвместим и има подобна на хрущял молекулярна структура, с молекули с дълги вериги, които задържат вода. Трудно е намирането на хидрогел, който има същите свойства като хрущял и може да бъде отпечатан.
Настоящите хидрогелове нямат издръжливостта и се изпаряват, когато преминат през 3D принтер, поради високото им водно съдържание. За това изследователите от „Дюк” разработват нов хидрогел, който според тях е първият, който отговаря на човешкия хрущял по здравина и еластичност и може да бъде 3D печатан. Той е създаден от Янг, който съчетава твърд, здрав хидрогел с мек и еластичен. При смесване, полимерните вериги се свързват, създавайки нов хидрогел, който е здрав и еластичен. По-важното е, че променяйки пропорциите, тези свойства могат да бъдат контролирано променяни в различните части на изкуствения менискус.
След това Янг добавя наночастици глина към хидрогела, за да може да се печата. Когато се приложи силен натиск, глинените частици се превръщат в гладко течаща течност, но веднага след изтичане през печатащата игла, те трудно задържат структурата от хидрогел.
Използвайки принтер за $ 300, Янг успя да отпечата изкуствен менискус с новия хидрогел само за един ден, показвайки че преди смятания за скъп и труден производствен процес, може скоро да се превърне в лесен и евтин.
Източник: http://www.monitor.bg