Технология за фиксиране на травматични наранявания на кожата и костите чрез биопечат по време на операция

Технология за фиксиране на травматични наранявания на кожата и костите чрез биопечат по време на операция | ✅ Д-р Стоян Арнаудов - Ортопед | Травматолог ⭐️

Поправянето на травматични наранявания на кожата и костите на лицето и черепа е трудно поради многото слоеве от различни видове тъкани, но сега изследователите са отстранили такива дефекти в модел на плъхове с помощта на биопечат по време на операция и тяхната работа може да доведе до по-бързи и по-добри методи за лечение на кожата и костите.

Тази работа е от клинично значение. Справянето с композитни дефекти, фиксирането на твърди и меки тъкани наведнъж е трудно. А за черепно-лицевата област резултатите трябва да бъдат естетически приятни. ”

Ибрахим Т. Озболат, доцент по кариерно развитие на семейство Хартц по инженерни науки и механика, биомедицинско инженерство и неврохирургия, Пенсилвания

Понастоящем фиксирането на дупка в черепа, включваща както костите, така и меките тъкани, изисква използване на кост от друга част на тялото на пациента или труп. Костта трябва да бъде покрита от мека тъкан с приток на кръв, също събрана от някъде другаде, или костта ще умре. Тогава хирурзите трябва да възстановят меките тъкани и кожата.

Ozbolat и неговият екип са използвали екструзионно биопечатване и капково биопечатване на смеси от клетки и носещи материали за отпечатване както на костите, така и на меките тъкани. Те отчитат резултатите си в Разширени функционални материали.

„Няма хирургичен метод за възстановяване на меки и твърди тъкани наведнъж“, каза Озболат. “Ето защо се стремим да демонстрираме технология, при която можем да реконструираме целия дефект – костта до епидермиса – наведнъж.”

Изследователите атакуваха първо проблема с заместването на костите, започвайки от лабораторията и преминавайки към животински модел. Те се нуждаеха от нещо, което да бъде отпечатано и нетоксично и да може да поправи 5-милиметрова дупка в черепа. “Мастилото за твърда тъкан” се състои от колаген, хитозан, нано-хидроксиапатит и други съединения и мезенхимни стволови клетки – мултипотентни клетки, открити в костния мозък, които създават кост, хрущял и мастна тъкан.

Мастилото на твърдата тъкан се екструдира при стайна температура, но се загрява до телесната температура, когато се прилага. Това създава физическо омрежване на колагена и други части от мастилото без никакви химически промени или необходимост от омрежваща добавка.

Изследователите са използвали капелен печат, за да създадат меката тъкан с по-тънки слоеве от костта. Те използваха колаген и фибриноген в редуващи се слоеве с омрежващи и стимулиращи растежа съединения. Всеки слой кожа, включително епидермиса и дермата, се различава, така че биопечатаните слоеве на меките тъкани се различават по състав.

Експериментите за поправяне на 6 мм отвори в кожата с пълна дебелина се оказаха успешни. След като екипът разбра кожата и костите поотделно, те преминаха към поправяне и на двете по време на една и съща хирургична процедура.

„Този ​​подход беше изключително труден процес и всъщност прекарахме много време в намирането на точния материал за костите, кожата и правилните техники за биопечат“, каза Йозболат.

След внимателно изобразяване, за да се определи геометрията на дефекта, изследователите положиха костния слой. След това те отлагат бариерен слой, имитиращ надкостницата, силно васкуларизиран тъканен слой, който обгражда костта на черепа.

„Имахме нужда от бариерата, за да гарантираме, че клетките от кожните слоеве не мигрират в костната област и не започват да растат там“, каза Озболат.

След като поставиха преградата, изследователите отпечатваха слоевете на дермата и след това епидермиса.

„Отне по-малко от 5 минути, докато биопринтерът сложи костния слой и меките тъкани“, каза Озболат.

Изследователите извършиха повече от 50 затваряния на дефекти и постигнаха 100% затваряне на меките тъкани за четири седмици. Степента на затваряне на костите е била 80% за шест седмици, но Ozbolat отбеляза, че дори и при прибрана костна подмяна, затварянето на костите обикновено не достига 100% за шест седмици.

Според Ozbolat, притокът на кръв към костта е особено важен и включването на васкуларизиращи съединения е следващата стъпка.

Изследователите също искат да преведат това изследване на човешки приложения и продължават да работят с неврохирурзи, краниомаксилофациални хирурзи и пластични хирурзи в медицинския център Hershey Penn State. Те работят с по-голямо устройство за биопечат върху по-големи животни.

Справка на списанието:

Монкал, KK, и др. (2021) Интраоперативна биопечатка на твърди, меки и твърди / меки композитни тъкани за реконструкция на краниомаксилофациална. Разширени функционални материали. doi.org/10.1002/adfm.202010858.