Des chercheurs testent des structures d'hydroxyapatite imprimées en 3D pour la régénération osseuse

Des chercheurs testent des structures d'hydroxyapatite imprimées en 3D pour la régénération osseuse

Dans la récente publication «Structures d'hydroxyapatite créées par la fabrication additive avec un polymère extrudé», Katherine Vanesa López Ambrosio (École de découverte de matériaux avancés / Université d'État du Colorado à Fort Collins) aborde les implants imprimés en 3D pour la régénération osseuse. Bien que les chirurgiens utilisent des implants conventionnels avec un certain succès, il existe toujours un risque d’infection et un risque de manque de compatibilité. Les coûts sont également élevés avec les techniques traditionnelles, car les os cassés nécessitent des implants pour guider la nouvelle croissance.

Morphologie hiérarchique de l'os

Avec l'utilisation de l'hydroxyapatite (HAp), les chercheurs voient un potentiel de réussite mais la nécessité de produire des implants synthétiques d'HAp. Pour cette étude, l'équipe a créé une résine photo-polymérique d'hydroxyapatite adaptée à l'impression 3D et capable de produire des formes complexes sans support. Ambrosio et les chercheurs ont développé une suspension de photopolymère à base de HAp pour l'impression 3D de corps verts Hap:

«Les structures HAp résultantes ont conservé leurs détails complexes, avaient une densité relative d’environ 78% par rapport à une HAp totalement dense et un retrait dimensionnel d’environ 15% par rapport à son corps vert. Les structures HAp frittées se sont révélées non cytotoxiques pour les cellules ADSC », a déclaré Ambrosio. «Les propriétés de flexion des structures HAp vertes et frittées ont également été déterminées. Il a été constaté que les corps verts présentaient une résistance à la flexion d'environ 30,42 MPa, comparable à celle d'un os trabéculaire. ”

Processus de guérison des os après un traumatisme de fracture. Les jours 0 à 5 représentent le stade inflammatoire, les jours 5 à 16 représentent le stade de réparation et les jours 16 à 35 représentent le stade de remodelage

Les os ne sont pas toujours capables de tolérer le stress qui s’exerce sur eux, ce qui entraîne un affaiblissement ou une défaillance par fatigue. Après une pause, «un processus de restauration de guérison auto-activé» commence à reconstruire le tissu et par conséquent l'os. Cependant, ce processus n’est pas toujours parfait et des défauts peuvent survenir si la santé du patient est compromise ou si elle vit dans un environnement difficile. Globalement, la régénération osseuse nécessite:

Cellules ostéogènes Echafaudages ostéoconducteurs Environnement mécanique Facteurs de croissance

La cicatrisation osseuse se produit au stade inflammatoire (quatre jours), en réparation (quatre à six semaines) et en remodelage (jusqu'à plusieurs mois).

Propriétés mécaniques de l'os humain.

Idéalement, les implants osseux devraient être:

Ostéoconducteur Ostéoinductif Ostéogène Biocompatible Biorésorbable Peu sujet aux infections Accessible Compatible avec les propriétés mécaniques Rentable

Des recherches antérieures ont abouti à diverses méthodes de production d’échafaudages, qu’ils soient biocompatibles, ostéogènes ou résorbables. Ici, les suspensions de HAp ont montré un comportement positif au stockage (ne dépassant pas 20 jours) et ensuite à un dépôt en écoulement, impliquant à la fois une extrusion visqueuse et une photopolymérisation.

«Il était possible de construire des structures complexes ayant une cohésion de couche complète sans matériau de support. Des échafaudages avec différentes tailles de pores de ~ 130 µm ont été imprimés en 3D en utilisant des suspensions à 41% en volume de HAp. L'inspection visuelle, le SEM et le flux de fluide ont permis de vérifier que les pores étaient interconnectés à travers les structures, ce qui donne à penser que ces échafaudages pourraient être utilisés pour la croissance cellulaire dans des applications orthopédiques, réduisant ainsi le risque posé par une mauvaise perfusion lors de la guérison d'une fracture », a conclu la recherche. équipe.

«La distribution non uniforme de la densification a produit des contraintes localisées qui ont provoqué des fissures dans les pièces. Les travaux futurs visant à établir une relation entre la taille de la pièce et le temps de maintien du frittage (T1) doivent être abordés afin d’obtenir une densification uniforme et de minimiser les fissures. La question ci-dessus, en plus de la nature fragile de HAp, a montré moins de résistance à la flexion que leurs corps verts. Ainsi, les mécanismes permettant d'éviter les gradients thermiques dans le processus de frittage et les mécanismes de renforcement de l'HAP devraient être étudiés. ”

La régénération osseuse est une source de défi constant dans le domaine médical et les chercheurs continuent à créer de nouvelles méthodes plus performantes, qu’ils étudient le potentiel du titane dans les procédés AM, les effets du recuit dans la bioimpression et les utilisations d’un échafaudage innovant.

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[Source / Income: 'Structures d'hydroxyapatite créées par la fabrication additive avec un polymère extrudé']

 

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