Biowetenschappers komen dichter bij 3D-geprinte kunstmatige weefsels om bot en kraakbeen te helpen genezen dat typisch is beschadigd bij sportgerelateerde verwondingen aan knieën, enkels en ellebogen.

Wetenschappers van Rice University en de University of Maryland rapporteerden hun eerste succes bij het ontwerpen van steigers die de fysieke kenmerken van osteochondraal weefsel repliceren - in feite, hard bot onder een samendrukbare laag kraakbeen die verschijnt als het gladde oppervlak aan de uiteinden van lange botten.

Verwondingen aan deze botten, van kleine scheurtjes tot stukjes die afbreken, kan pijnlijk zijn en de carrières van atleten vaak op het verkeerde been zetten. Osteochondrale verwondingen kunnen ook leiden tot invaliderende artritis.

De gradiëntaard van kraakbeen-in-bot en zijn porositeit hebben het moeilijk gemaakt om zich in het laboratorium te reproduceren, maar Rice-wetenschappers onder leiding van bio-ingenieur Antonios Mikos en afgestudeerde student Sean Bittner hebben 3D-printen gebruikt om te fabriceren wat volgens hen uiteindelijk een geschikt materiaal voor implantatie zal zijn.

Hun resultaten worden gerapporteerd in Acta Biomaterialia .

"Sporters worden onevenredig zwaar getroffen door deze blessures, maar ze kunnen iedereen treffen, " zei Bittner, een derdejaars bio-ingenieursstudent aan Rice, een National Science Foundation fellow en hoofdauteur van het artikel. "Ik denk dat dit een krachtig hulpmiddel zal zijn om mensen met veelvoorkomende sportblessures te helpen."

De sleutel is het nabootsen van weefsel dat geleidelijk verandert van kraakbeen (chondraal weefsel) aan de oppervlakte naar bot (osteo) eronder. Het Biomaterials Lab in Rice heeft een steiger geprint met aangepaste mengsels van een polymeer voor de eerste en een keramiek voor de laatste met ingebedde poriën waardoor de eigen cellen en bloedvaten van de patiënt het implantaat kunnen infiltreren, uiteindelijk waardoor het deel gaat uitmaken van het natuurlijke bot en kraakbeen.

"Voor het grootste gedeelte, de samenstelling zal van patiënt tot patiënt hetzelfde zijn, Bittner zei. "Er zit porositeit in, zodat het vaatstelsel vanuit het oorspronkelijke bot naar binnen kan groeien. De bloedvaten hoeven we niet zelf te fabriceren."

De toekomst van het project omvat het uitzoeken hoe een osteochondraal implantaat kan worden geprint dat perfect bij de patiënt past en het poreuze implantaat laat uitgroeien tot en hecht met het bot en kraakbeen.

Mikos zei dat de samenwerking een groot vroeg succes is voor het Center for Engineering Complex Tissues (CECT), een National Institutes of Health-centrum in Maryland, Rice en de Wake Forest School of Medicine ontwikkelen hulpmiddelen voor bioprinten om fundamentele wetenschappelijke vragen aan te pakken en nieuwe kennis te vertalen naar de klinische praktijk.

"In deze context, wat we hier hebben gedaan, heeft impact en kan leiden tot nieuwe oplossingen voor regeneratieve geneeskunde, ' zei Mikos.