Inżynierzy z Politechniki Poznańskiej zautomatyzowali proces projektowania i produkcji ortez i protez kończyn. Dzięki temu - jak mają nadzieję - te spersonalizowane konstrukcje będzie można tanio, szybko i łatwo wytworzyć na drukarkach 3D. AutoMedPrint otrzymał tytuł Polskiego Produktu Przyszłości.
Ażurowa orteza ręki, która jest lżejsza i wygodniejsza niż zwykły gips? Tania i łatwa w produkcji proteza, która umożliwi dziecku z wrodzonym brakiem ręki jazdę na hulajnodze albo malowanie farbami? A dorosłemu po amputacji powrót do jazdy na rowerze? To opracowane przez inżynierów z Politechniki Poznańskiej rozwiązania, z których korzystają już pierwsi polscy użytkownicy.
Kierownik projektu dr hab. Filip Górski, profesor Politechniki Poznańskiej w rozmowie z PAP tłumaczy, że dotąd ortezy i protezy produkowano przede wszystkim manualnie. Teraz zaś można będzie całe zadanie przerzucić na maszynę. Naukowcy z jego zespołu bowiem nie tylko przygotowali własne nowatorskie projekty ortez i protez, ale zautomatyzowali proces ich produkcji. Opracowali algorytm, który na podstawie danych ze skanu ręki przygotuje sam projekt ortezy, który od razu można wysłać do drukarki 3D. Jeśli wszystko przebiegnie bez problemu, konstrukcja może być gotowa nawet w ciągu kilku godzin.
Badacze pokazali więc, jak ominąć żmudny, pracochłonny i wymagający obecności specjalisty proces tworzenia modelu ortezy.
Mimo że w procesie produkcji używane są tanie i łatwo dostępne drukarki 3D, a ortezy powstają z tworzyw sztucznych, konstrukcje te są wytrzymałe i spełniają swoje funkcje - zapewniają twórcy projektu.
Prof. Filip Górski szacuje, że na razie koszt ortezy powinien się zamknąć w 100 zł, a protezy kończyny górnej - w kilkuset złotych. Konstrukcje te - jak ma nadzieję - byłyby tańsze o rząd czy nawet dwa rzędy wielkości od profesjonalnych odpowiedników dostępnych teraz na rynku.
Badacz zwraca uwagę, że gips jest ciężki, nie oddycha, a skóra pod nim się maceruje. Inaczej jest z ortezami drukowanymi w 3D - ich konstrukcja jest ażurowa, a skóra pod nią oddycha. Dzięki temu uszkodzona kończyna nie jest dodatkowo obciążana przez usztywnienie. I tak np. orteza AutoMedPrint na nadgarstek dla dziecka waży około stu kilkudziesięciu gramów.
Naukowiec opowiada, że protezy były do tej pory dużym wydatkiem zwłaszcza dla rodziców dzieci z wrodzonym brakiem kończyny - dziecko szybko rośnie, a protezy - trzeba często wymieniać na większe. A trzeba pamiętać, że użytkownicy często korzystają z kilku protez równolegle - bo różne konstrukcje mają różne funkcje. Zastosowanie technologii 3D znacznie więc zmniejszyłoby koszty w takich rodzinach.
"Z naszych kontaktów z małymi pacjentami wynika, że bardzo pożądaną cechą protezy jest to, żeby można było ją błyskawicznie zdjąć” - opowiada prof. Górski i zaznacza, że dlatego jego zespół opracował taki sposób mocowania protezy, który daje użytkownikom taką swobodę.
Na razie, aby uzyskać projekt ortezy AutoMedPrint, należy zeskanować kończynę za pomocą tzw. skanerów światła strukturalnego. Badacz nie wyklucza jednak, że za jakiś czas - kiedy precyzyjne techniki skanowania staną się bardziej dostępne - wystarczy nawet skan wykonany smartfonem czy tabletem.
Prof. Filip Górski uważa, że nie jest więc już całkiem odległa wizja, według której gość hotelu w resorcie narciarskim, kiedy skręci na stoku nogę, rano otrzyma w recepcji spersonalizowaną ortezę. Albo pacjent szpitala ze złamaną ręką po kilku godzinach będzie mógł już używać “uszytej na miarę” konstrukcji usztywniającej.
Badacze kompletują jeszcze bazę przypadków, aby skuteczniej zautomatyzować proces produkcji protez i ortez. Przymierzają się już jednak do badań klinicznych i wdrożenia rozwiązania do produkcji. Projekt w 2018 r. otrzymał finansowanie w ramach projektu LIDER Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. W lipcu otrzymał tytuł Polskiego Produktu Przyszłości.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl | Ludwika Tomala
Komentarze
[ z 5]
Z pewnością produkty, które zostaną wyprodukowane na terenie naszego kraju będą się wiązały z większą dostępnością i prawdopodobnie niższymi cenami niż jakby to miało miejscu w przypadku sprowadzania tego rodzaju sprzętu zza granicy. Warto mieć na uwadze, że ortezy są bardzo często wykorzystywanym sprzętem w ortopedii. Jeżeli będzie możliwość wydrukowania ich w trójwymiarze to z pewnością ich zastosowanie okaże się dużo korzystniejsze ponieważ będzie dostosowane do konkretnych potrzeb pacjenta. Z tego też względu ewentualny powrót do zdrowia z pewnością będzie mógł nastąpić szybciej.
Super wiadomości ! Takie artykuły oznaczają, że polska medycyna biegnie z duchem czasu. Nie od dzisiaj wiadomo, że nowe technologie ułatwiają nam wiele codziennych czynności, więc dlaczego by nie wykorzystać ich także w ważniejszych sprawach? Modele anatomiczne do edukacji, organy pacjentów wydrukowane na podstawie skanów USG, implanty lub narzędzia chirurgiczne. Druk 3D oferuje wiele aplikacji w medycynie. Polscy lekarze specjaliści, chirurdzy, kardiolodzy już teraz używają wydruków 3D, by lepiej przygotować się do operacji. Na drukarkach 3D mogą powstawać realistyczne modele anatomiczne całych układów lub poszczególnych organów. Wydruki mogą odzwierciedlać wygląd prawdziwych narządów z barwnym unerwieniem czy fakturą tkanki. Chirurdzy korzystają z modeli wykonanych na podstawie skanów USG lub RTG. Wierne kopie zajętych chorobą organów pozwalają lepiej zaplanować zabieg, co przekłada się na krótszy czas operowania i bezpieczeństwo pacjenta. Druk 3D sprawdza się w wytwarzaniu indywidualnych instrumentów operacyjnych. Wydruki z materiałów biokompatybilnych mogą być sterylizowane w autoklawie i są dopuszczone do kontaktu z tkanką.
Zgadzam się z Pani komentarzem w 100%. Drukowanie 3D weszło do naszego życia zgodnie z duchem czasu i powinniśmy wykorzystać je na wszystkie możliwe sposoby. Medycyna, obok wojskowości i przemysłu, to jedna z dziedzin najszybciej przejmujących nowe technologie i adaptujących je do swoich potrzeb. Tak dzieje się również z drukiem przestrzennym, który powszechnie wykorzystuje się podczas badań naukowych albo w celu ratowania ludzkiego życia i zdrowia. Druk przestrzenny jest metodą addytywną (zwaną również przyrostową lub kumulacyjną) – bez względu na stosowaną technologię drukowania 3D przedmioty wytwarzane tym sposobem powstają poprzez budowanie modelu warstwa po warstwie. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie efektów trudnych do odtworzenia przy pomocy tradycyjnych metod produkcji, takich jak odlewnictwo. Druk przestrzenny nie wymaga form, umożliwia stosunkowo szybkie i niedrogie wytwarzanie modeli o skomplikowanych kształtach, a różnorodność możliwych do wykorzystania materiałów i szeroka dostępność tej technologii sprawiają, że jej zastosowanie jest możliwe w bardzo wielu dziedzinach. Druk 3D jest badany, wdrażany lub już stosowany w bardzo wielu dziedzinach związanych z medycyną – w ten sposób powstają między innymi protezy, implanty, modele anatomiczne do nauki, modele przedoperacyjne, elementy sprzętu medycznego i urządzeń do rehabilitacji czy nawet niektóre leki. Trwają też prace nad tworzeniem tak zwanych biowydruków: komórek, tkanek czy nawet całych narządów. Druk 3D to szczególnie atrakcyjna technologia w przypadkach, gdzie potrzebne jest uzyskanie elementu „szytego na miarę” – na przykład odtworzenie fragmentu kośćca czy stworzenie precyzyjnego modelu przedoperacyjnego. Drukowanie elementów przestrzennych z różnych materiałów może wpłynąć na wiele gałęzi medycyny oraz pokrewnych dziedzin, takich jak przemysł farmaceutyczny czy edukacja związana ze zdrowiem. W taki sposób wytwarzać można na przykład implanty oraz protezy zębowe. Jest to jeden z najprężniej rozwijających się działów medycyny, które wykorzystują technologię druku przestrzennego. Przy pomocy drukarek 3D powstają elementy protez (lub całe niskobudżetowe protezy), implanty dentystyczne, syntetyczne zamienniki uszkodzonych części układu kostnego (na przykład fragmenty czaszki) czy sztuczne zastawki serca. Do zalet tej technologii należy przede wszystkim relatywnie niski koszt (co jest szczególnie istotne na przykład w przypadku protez dla dzieci, które ze względu na szybki wzrost w tym wieku muszą być często wymieniane) oraz możliwość precyzyjnego dopasowania tworzonego elementu do ciała pacjenta na podstawie wygenerowanego komputerowo dokładnego modelu. Podobnie jak w przypadku implantów i protez dopasowany do potrzeb konkretnego pacjenta sprzęt do rehabilitacji (na przykład drukowane z tworzyw sztucznych „pancerze” stosowane zamiast tradycyjnego gipsu) może znacznie zwiększyć komfort poszkodowanego i przyspieszyć jego powrót do zdrowia. Natomiast w przypadku osób niepełnosprawnych możliwe jest ułatwienie im wielu codziennych czynności – przy pomocy drukarek 3D powstają na przykład egzoszkielety umożliwiające chorym z porażeniem kończyn samodzielne chodzenie. Przy pomocy technologii druku przestrzennego tworzone są niezwykle precyzyjne i perfekcyjnie odwzorowujące rzeczywistość modele anatomiczne. Mogą one zostać wykorzystane nie tylko podczas kształcenia przyszłych lekarzy, ale również w edukacji związanej z ochroną zdrowia i profilaktyką chorób w zwykłych szkołach, zakładach pracy czy ośrodkach pomocy społecznej. Precyzyjne odwzorowanie powstające na podstawie dokładnych komputerowych analiz umożliwia stworzenie niemal idealnego modelu przedoperacyjnego. Obecnie są one stosowane między innymi w medycynie estetycznej (na przykład w rekonstrukcji twarzy po wypadkach czy chorobach nowotworowych), a także w chirurgii układu kostnego oraz wielu innych dziedzinach. Taki model nie tylko ułatwia pracę lekarzom (na przykład pozwalając na dopasowanie implantu na replice zamiast na żywo, podczas operacji), ale również pomaga w komunikacji z pacjentem i przekazaniu mu informacji o szczegółach planowanego zabiegu. Choć drukowanie tkanek i organów na drukarkach 3D nie jest jeszcze powszechnym sposobem uzyskiwania materiału do przeszczepów, naukowcy, lekarze i pacjenci wiążą z tą metodą wielkie nadzieje. W tym celu wykorzystuje się między innymi biożel (jako podstawę do rozwoju komórek), komórki macierzyste oraz inne komórki charakterystyczne dla danych tkanek czy organów. W ten sposób udało się już uzyskać małżowinę uszną, pęcherz moczowy, fragmenty wątroby, skóry i serca czy naczynia krwionośne. Rozwój tej technologii pozwoli wyeliminować wiele problemów związanych z transplantologią, do których należy na przykład niewystarczająca liczba dawców czy kwestia negatywnej reakcji immunologicznej organizmu (odrzucenia przeszczepu). Produkcja leków przy pomocy specjalnych drukarek przestrzennych stwarza możliwość niezwykle precyzyjnego dawkowania, a także dopasowania farmaceutyków do potrzeb konkretnego pacjenta (na przykład umieszczenie kilku substancji w jednej tabletce). Pozwala to uniknąć wielu problemów związanych z kupowaniem leków produkowanych na masową skalę, przykładowo braku odpowiedniej dawki czy obecności uczulających substancji pomocniczych, takich jak laktoza.
Drukarki 3D wysunęły się już chyba na czoło rewolucji w medycynie. Drukują protezy kończyn, naczynia krwionośne, zęby, szczęki, części kości i czaszki. Coraz częściej słyszymy o eksperymentach z drukowaniem tkanek z żywych komórek. Otwarcie mówi się o regeneracji uszkodzonych i wymianie zużytych części ciała na takie wydrukowane na zamówienie w trójwymiarze. Z dobrodziejstw druku 3D skorzystał już nawet jeden z pingwinów z warszawskiego ZOO, który otrzymał nowy dzióbek. Kilkanaście miesięcy temu angielskiemu pacjentowi po ciężkim motocyklowym wypadku wszczepiono kości czaszki wyprodukowane w technologii 3D. Chirurdzy, którzy dokonali przeszczepu, twierdzą, że zakończył się on pełnym sukcesem. Technikę 3D wybrano, ponieważ pozwalała stworzyć implant idealnie dopasowany do rozmiarów głowy pacjentki - wykonała go specjalistyczna firma z Australii. Niedawno w Szpitalu Marynarki Wojennej w Gdańsku przeprowadzono operację u pacjenta, który skarżył się na bóle głowy spowodowane niedrożnością ujścia zatoki czołowej. Mężczyzna przeszedł kilka operacji, które jednak nie przyniosły poprawy, za to spowodowały blizny i zrosty, utrudniające kolejne zabiegi. Wykonano więc trójwymiarowy model czaszki pacjenta, na której zespół chirurgów przećwiczył operację. Dzięki temu przebiegła ona później bez zakłóceń. Także w Polsce, w szpitalu w Bielsku-Białej, lekarze trenowali nową metodę operacji zastawki na modelu serca 3D, co pozwoliło im się przygotować do operacji na sercu prawdziwym. Takie ćwiczenia nie są zresztą niczym nowym. Trzy lata temu chirurdzy z Londynu szykowali się w podobny sposób do operacji rozdzielenia syjamskich bliźniąt. Pomógł im w tym wstępnie wydrukowany model układów krwionośnych dzieci, na którym sprawdzili procedurę oddzielenia. Urządzenia 3D umożliwiają uzyskiwanie struktur przestrzennych z niespotykaną precyzją. W przypadku bioprintingu specjalna drukarka wyposażona w dwie głowice wytwarza obiekty z ogromnym podobieństwem do naturalnych struktur. Jedna z głowic nanosi komórki, które umieszczane są w specjalnym spoiwie- -kolagenie bądź hydrożelu. Technologię tę wykorzystuje się do drukowania implantów zastępujących kości, które znajdują zastosowanie u pacjentów po wypadkach, wypełniając ubytki w tkance kostnej a także indywidualnie dopasowane anatomicznie urządzenia wspomagające, np. aparaty słuchowe. Drukarki 3D mogą również służyć do stworzenia modeli wspomagających zabiegi rekonstrukcyjne, np. w przypadku przeszczepu twarzy, którego u 33-letniego pacjenta dokonał po raz pierwszy w Polsce zespół lekarzy Chirurgii Rekonstrukcyjnej i Naczyniowej Centrum Onkologii w Gliwicach. Często uważa się, że gdy już wreszcie opanujemy technikę druku trójwymiarowego z żywych komórek, otworzy to zupełnie nową erę w transplantologii. Zniknąłby wówczas problem czekania na dawcę organów, gdyż odpowiednią część ciała, wątrobę lub serce można będzie wydrukować np. z własnych komórek pacjenta. Nie byłoby też problemów z odrzucaniem przeszczepów. Regeneracyjny druk komórek skóry 3D pozwoliłby na zupełnie nowe sposoby leczenia uszkodzeń skóry. W przypadku ciężkich poparzeń zamiast trwałych blizn technologia odtwarzałaby oryginalną powierzchnię skóry na zasadzie podobnej do "tynkowania" i "malowania" komórkami.
Zwiększająca się ranga ochrony zdrowia człowieka, starzenie się społeczeństwa, dążenie do poprawy jakości życia oraz coraz większa liczba zachorowań na choroby cywilizacyjne stymulują wzrastające zapotrzebowanie na coraz to nowe i lepsze produkty medyczne i metody leczenia. Jednym z największych zagrożeń zdrowotnych występujących w populacji Polskiej i Światowej jest choroba nowotworowa. Szacuje się, że choroby nowotworowe stanowią drugą, co do częstości przyczynę zgonów i 17% przyczyn utraty zdrowia. Leczenie nowotworów wiąże się bardzo często z resekcją zmienionej chorobowo tkanki czy też narządu, jak też tkanek otaczających nowotwór. Powstające po operacjach chirurgicznych ubytki, np.: tkanki kostnej, mogą być przyczyną zaburzeń zarówno czynnościowych, jak i estetycznych. Regeneracja rozległych ubytków kości części twarzowej czaszki powstałych po resekcji nowotworów jest jednym z najważniejszych wyzwań stojących przed chirurgami onkologicznymi. Skala problemu jest duża, bowiem dane epidemiologiczne wskazują, że zachorowania na nowotwory w zakresie narządów głowy i szyi wykazują stałą tendencję rosnącą. Lokalizacja nowotworu złośliwego w okolicy twarzoczaszki jest wyjątkowo niekorzystna dla chorego. Obok problemów onkologicznych pojawiają się trudności okulistyczne, neurochirurgiczne związane z bliskim sąsiedztwem mózgoczaszki, laryngologiczne oraz problemy z rekonstrukcją i protezowaniem utraconych tkanek. Współczesna medycyna rozwija się dzięki zastosowaniu najnowszych osiągnięć nauk ścisłych, wdrażaniu nowych metod, technik i technologii. Medycyna regeneracyjna to prawdopodobnie podstawowy i przyszłościowy kierunek rozwoju medycyny. Zadaniem medycyny regeneracyjnej jest szeroko pojęte wspomaganie procesów gojenia i naprawy tkanek. Cel ten można osiągnąć poprzez: a) pobudzenie organizmu, by sam naprawiał uszkodzone tkanki, b) wszczepienie w narząd implantu, który pobudzi regenerację, c) transplantację wyhodowanych w laboratorium tkanek do uszkodzonego organu. Rozwój medycyny regeneracyjnej i poszukiwanie innowacyjnych produktów leczniczych jest odpowiedzią na problemy zdrowotne starzejącego się społeczeństwa oraz szukania nowych możliwości w leczeniu nowotworów. Osiągnięcie założonego celu w postaci skutecznego wykorzystania produktów inżynierii tkankowej TEP (ang. Tissue Engineering Product) w leczeniu onkologicznym ubytków kości, wymaga zrealizowania szeroko zakrojonego interdyscyplinarnego przedsięwzięcia badawczo-wdrożeniowego obejmującego badania w zakresie nauk medycznych, biologicznych oraz technicznych. Wytworzenie biodegradowalnego implantu o optymalnej architekturze wewnętrznej, zdolnego do odtworzenia ciągłości tkanki kostnej z zachowaniem odpowiednich właściwości mechanicznych wynikających z aplikacji, jak i z zachowaniem odpowiedniej porowatości niezbędnej do migracji komórek do wnętrza implantu oraz swobodnego przepływu substancji odżywczych nie jest łatwym zadaniem. Rozwijająca się medycyna potrzebuje nowych materiałów charakteryzujących się zespołem cech mechanicznych, chemicznych i biologicznych wspomagających regenerację uszkodzonych tkanek. Leczenie onkologiczne związane z rozległym wycięciem nowotworu złośliwego kości wymaga uzupełnienia powstałych ubytków struktur kostnych. Duże ubytki kostne nie goją się samoistnie, zjawisko to nazywamy ubytkiem krytycznym. Przyjmuje się, że dla człowieka ubytek krytyczny stanowi nieciągłość tkanki kostnej powyżej 20 mm . W warunkach klinicznych dla wygojenia takich ubytków stosuje się substytuty kości. Wytworzenie substytutów tkanki kostnej eliminowałoby problemy związane z przeszczepami kości pochodzenia autogennego lub homogennego. Aplikacja kości autogennej jest ograniczona poprzez jej dostępność i dodatkowy stres pacjenta związany z kolejnym zabiegiem. Z kolei zastosowanie kości homogennej wiąże się z ryzykiem immunologicznym czy ryzykiem infekcji takimi chorobami jak AIDS czy żółtaczka. Motorem rozwoju medycyny regeneracyjnej jest inżynieria tkankowa, która angażując wiedzę z zakresu nauk przyrodniczych oraz technicznych, dąży do uzyskania biologicznych substytutów, których parametry fizyczne, chemiczne i biologiczne wywołają z góry zaplanowaną reakcję komórek prowadzącą do odtworzenia, podtrzymania lub ulepszenia funkcji tkanek. Idea wytwarzania biologicznych substytutów kości metodami inżynierii tkankowej zakłada wyko rzystanie komórek autogennych lub pobranych od innego dawcy, które po wyizolowaniu i namnożeniu są osadzane na syntetycznym, trójwymiarowym rusztowaniu i hodowane w bioreaktorach stymulujących środowisko biologiczne. Po wszczepieniu otrzymanego produktu TEP (bioimplantu) komórki w wyniku różnicowania tworzą nową tkankę, a rusztowanie ulega degradacji pozostawiając w efekcie nową tkankę lub narząd. Zgodnie z przedstawionym schematem odtworzenia nieciągłości tkanki kostnej opiera się o ideę inżynierii tkankowej. Stosując tomografię komputerową można z dokładnością mikrometrów zobrazować brakującą tankę, której wytworzenie w postaci rusztowania pozwoli na dokładne jej odwzorowanie zarówno kształtem jak i wymiarem. W tym miejscu pojawia się wyzwanie dla inżynierów. Dobór odpowiedniej techniki wytworzenia rusztowania, która sprosta wykonaniu precyzyjnego stelażu, dobór materiału, z którego rusztowanie będzie wykonane, a także zaprojektowanie struktury wewnętrznej jest szalenie istotne, zarówno z punktu widzenia biologicznego jak i mechanicznego. Struktura wewnętrzna rusztowania jest bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na cały proces regeneracji tkanek. Odpowiednie zaplanowanie struktury wewnętrznej stwarza komórkom możliwość do swobodnej migracji wewnątrz rusztowania, ich proliferację i różnicowanie poprzez dostarczanie niezbędnych substancji odżywczych, co wpływa na zdolność do regeneracji brakującej tkanki. Stabilność mechaniczna zapewniająca odpowiednie wsparcie dla układu implant – otaczające tkanki, również zależy od struktury wewnętrznej rusztowania. Tworząc gotowy produkt TEP należy także wziąć pod uwagę różnorodność źródeł komórek. Komórki macierzyste ze względu na wszechstronność w wytwarzaniu komórek potomnych budzą ogromne nadzieje na szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach inżynierii tkankowej. Jednym ze źródeł komórek macierzystych jest krew pępowinowa, pozostająca po porodzie w naczyniach łożyska i łożyskowej części pępowiny. Ostatnio wykazano, że zawiera ona, oprócz komórek krwiotwórczych, komórki macierzyste dające początek innym liniom komórkowym, np. komórkom kostnym, chrzęstnym czy nerwowym . Terapeutyczne zastosowania komórek macierzystych wydają się niemal nieograniczone. W tym kontekście kluczowe znaczenie dla wytworzenia innowacyjnego produktu inżynierii tkankowej jest umiejętność pozyskiwania i hodowli komórek macierzystych w hodowli in vitro. Istotnym zagadnieniem związanym z pobudzaniem i rekrutacją niezróżnicowanych komórek mezenchymalnych do różnicowania w osteoblasty jest odżywianie komórek. W celu uzyskania trójwymiarowych struktur tkankowych o grubości powyżej kilku milimetrów niezbędne są naczynia krwionośne dostarczające substancje odżywcze oraz tlen. Szybkie unaczynienie komórek osadzonych na porowatym rusztowaniu jest krytycznym czynnikiem warunkującym proces odbudowy uszkodzonej tkanki. W celu uniknięcia powikłań – po implantacji lub po zastosowaniu przeszczepów kostnych – spowodowanych niedokrwieniem i zakłóceniami w przebiegu procesu gojenia pozabiegowego kości, niezbędne jest postępowanie zmierzające do aktywizacji procesów gojenia pokrywającej kość tkanki miękkiej, a zwłaszcza jej unaczynienia. O jakości łoża implantacyjnego decyduje nie tylko stopień unaczynienia kości, lecz w szczególności poziom waskularyzacji otaczającej tkanki miękkiej. Negatywny wpływ na możliwości regeneracyjne tkanek miękkich ma naświetlanie promieniami RTG, rozległy stan zapalny, niektóre schorzenia ogólne (np. cukrzyca, angiopatie) lub wielokrotne zabiegi, których skutkiem jest zbliznowacenie. Warunkiem prawidłowego gojenia kości jest jej szczelne i bez napięcia przykrycie przez tkanki miękkie. W praktyce klinicznej problem polega na tym, że zwykle występuje deficyt tkanki miękkiej w okolicach planowanego przeszczepu kości i regeneracji, często połączonej z implantacją. Wśród obecnie stosowanych rozwiązań odbudowy nieciągłości tkanki kostnej wymienić można metody oparte na materiałach stanowiących wypełnienie trwałe (implanty nieresorbujące), jak i wypełnienie czasowe (implanty resorbujące). Dobór odpowiedniej techniki podyktowany jest oczekiwaniami wobec implantu, co kierunkowane jest miejscem aplikacji. Inna technika i w konsekwencji inny materiał zastosowany będzie w aplikacjach dla zastosowań stomatologicznych, chirurgii szczękowo-twarzowych czy chirurgii ortopedycznej. Wśród najczęściej stosowanych metod wytwarzania porowatych biomateriałów szkieletowych przede wszystkim należy wymienić : rozdzielanie faz (ang.Phase Separation, Freeze Drying); wymywanie/wypłukiwanie (ang.Porogen Leaching); spienianie gazem (ang.Gas Foaming); elektroprzędzenie (ang.Electrospinning); metody szybkiego prototypowania (ang. Rapid Prototyping). Rozdzielanie faz jest metodą polegającą na żelowaniu roztworu polimeru i rozpuszczalnika. W pierwszej kolejności rozpuszcza się polimer, następnie poddaje się go żelowaniu w określonej temperaturze, a następnie usuwa się rozpuszczalnik np. poprzez płukanie w wodzie destylowanej. Kolejnym etapem jest liofilizacja, dzięki której otrzymywana jest struktura włóknista. Metoda rozdzielania faz umożliwia wytworzenie porowatych struktur o niekontrolowanej architekturze wewnętrznej. Dodatkowo, problematyczne jest także całkowite wyeliminowanie rozpuszczalnika, którego obecność może toksycznie wpływać na hodowle komórkowe. Technika ługowania, wypłukiwania jest także powszechnie stosowana do tworzenia porowatych rusztowań tkankowych, jednak podobnie, jak w przypadku metody rozdzielenia faz, architektura porów (ich kształt, połączenia) oraz całego implantu, jest przypadkowa. Kontroli podlega natomiast całkowita porowatość. Metoda ta w uproszczeniu polega na dodaniu do roztworu polimeru cząsteczek soli, które w kolejnym etapie wytwarzania są wypłakiwane. Stosunek ilości polimeru do ilości cząsteczek soli oraz wielkość tych cząsteczek wpływa na ogólną porowatość. Metoda spieniania gazem jest konwencjonalną techniką formowania porów w materiałach polimerowych z użyciem sprzężonego gazu CO2 [24]. W przypadku rusztowań do zastosowań medycznych uzyskiwana tą metodą wielkość porów jest niewystarczająca. W konsekwencji metoda spieniania gazem podlega modyfikacjom, tzn. stosowane są dodatkowe substancje porogenne zwiększające rozmiary porów. Aczkolwiek struktura wewnętrzna porów jak i całego rusztowania, tj. kształt porów i połączeń między nimi uzyskiwana jest w sposób niekontrolowany. Kontroli natomiast podlega całkowity stopień porowatości. Elektroprzędzenie jest jedną z metod wytwarzania włókien polimerowych o bardzo niewielkich średnicach, sięgających nawet 3 nm. Otrzymywane włókna są powtarzalne, a ich geometria ściśle kontrolowana. Zaletą tej metody jest jej ekonomiczność, łatwość implementacji, a także otrzymywanie różnego typu włóknin dzięki zmianom parametrów wytwórczych, tj.: włókna ukierunkowane, włókna porowate, płaskie lub wstążkowe, a także włókna rozgałęzione. Metoda ta jednak nie pozwala na wytworzenie struktur trójwymiarowych, co dyskwalifikuję ją w aplikacjach regeneracji tkanki kostnej. Kształtowanie uplastycznionym polimerem (FDM) jest powszechnie stosowaną technologią szybkiego prototypowania, zapewniającą szybkie i łatwe wytwarzanie rusztowań. W tej metodzie obiekt trójwymiarowy jest tworzony na podstawie modelu komputerowego. Modele pozyskuje się poprzez skanowanie rzeczywistych obiektów techniką tomografii komputerowej lub rezonansu magnetycznego, albo tworzenie obiektów 3D w specjalnych programach komputerowych. Technika ta bazuje na polimerach termo-plastycznych, które w wyniku temperatury uplastyczniają się dając się tym samym łatwo kształtować. FDM jest metodą, którą można kontrolować w trakcie całego procesu wytwórczego. Uzyskiwane tą techniką struktury są w pełni zgodne z zaplanowaną architekturą wewnętrzną (kształt porów, rodzaj i wielkość połączeń porów itp.) jak i zewnętrzną (dokładność wytwarzanych elementów sięga 50 µm). Ostatnią omówioną nowoczesną techniką wytwarzania rusztowań tkankowych na bazie proszku z grupy metod AM addytywnego wytwarzania jest trójwymiarowe drukowanie. Metoda ta wykorzystuje koncept drukowania atramentowego, gdzie tusz (lepiszcze) jest wypuszczany przez głowicę nad powierzchnią proszku (materiału docelowego) łącząc cząsteczki proszku. Trójwymiarowe drukowanie znajduje potencjalnie szerokie zastosowanie w medycynie, np. modele narządów do przedoperacyjnych przygotowań, protez gałki ocznej, stworzenie ażurowego gipsu oraz szereg aplikacji w ortodoncji. Do największych zalet szybkiego prototypowania w zastosowaniach inżynierii tkankowej zalicza się: możliwość zindywidualizowania tworzonego modelu 3D (wg potrzeb pacjenta) wykorzystując dane o ubytku na podstawie tomografii komputerowej lub rezonansu magnetycznego, wytwarzanie skomplikowanych elementów z bardzo wysoką dokładnością wymiarową, manipulowanie wielkością porów i ich rozmieszczeniem oraz kontrolowanie porowatości rusztowań, modyfikowanie właściwości mechanicznych wytwarzanych struktur dostosowanych do aplikacji. Zastosowanie technik 3D do wytwarzania rusztowań komórkowych stwarza możliwość uzyskania dopasowanego wedle potrzeb produktu TEP o zadanej architekturze i w konsekwencji o określonych właściwościach. Dobór biomateriału, a następnie dopasowanie odpowiedniej techniki wytwarzania implantu , stwarza możliwość uzyskania produktu, który całkowicie spełni zadane wymagania, jak odpowiednie dla danej aplikacji właściwości mechaniczne czy biologiczne. Implanty resorbujące, wspomagające odbudowę tkanki kostnej oparte o porowate rusztowania wykonane z syntetycznych lub naturalnych biomateriałów, które promują migrację, proliferację i różnicowanie komórek kostnych stosowane celem regeneracji kości są coraz częściej spotykanym rozwiązaniem w praktyce klinicznej. Szeroka gama dostępnych materiałów syntetycznych oraz naturalnych uznawanych, jako substytuty kości jest obecnie stosowana na rusztowania pod różną postacią. Jednak, prowadzone są także badania nad poprawą właściwości mechanicznych oraz biokompatybilności materiałów stosując techniki modyfikacji zarówno samych materiałów tworząc np. kompozyty jak i gotowych rusztowań. Dobór techniki 3D jest szalenie istotny, ponieważ w głównej mierze takie parametry jak porowatość, kształt i wielkość porów, rodzaj połączeń między porami, a w konsekwencji właściwości całego implantu, zależą od rodzaju techniki 3D. Opracowanie architektury wewnętrznej ma za zadanie spełnienie wymagań biologicznych i mechanicznych. Pożądane są wysoka porowatość sprzyjająca swobodnej migracji komórek oraz medium odżywczego do wnętrza rusztowania, a także optymalnie wysokie właściwości mechaniczne, będące jak najbardziej zbliżone do właściwości mechanicznych naturalnej kości. Chcąc wykonać zindywidualizowany implant o zadanej architekturze wewnętrznej, z zadaną porowatością, odległością między ściankami i zadaną strefą łączenia, z biopolimeru degradowanego, najodpowiedniejszą techniką wydaje się metoda FDM. Zastosowanie technologii wytwarzania rusztowania komórkowego z uplastycznionego polimeru daje możliwość uzyskania powtarzalnej serii próbek niezbędnych do wykonania badań podstawowych, zarówno natury mechanicznej jak i biologicznej, warunkujące dopuszczenie rusztowania, jako produkt inżynierii tkankowej. Schorzenia układu szkieletowego są uważane za jeden z najważniejszych problemów zdrowotnych współczesnej cywilizacji. W ostatnich latach podejmowane są prace nad uzyskaniem implantów, które zapewniałyby nie tylko substytucję, lecz również regenerację tkanek biorcy. Duże możliwości w tym zakresie stwarza inżynieria tkankowa (IT), polegająca na tworzeniu kompozytów tkankowo-materiałowych, które po wszczepieniu do ludzkiego organizmu przejmują funkcje uszkodzonych tkanek lub organów. W kontekście odbudowania nieciągłości tkanki kostnej produkt inżynierii tkankowej musi spełniać szereg wymogów materiałowych (m.in. biozgodność, nietoksyczność, biodegradowalność), konstrukcyjnych (odpowiednia wytrzymałość, porowatość) i biologicznych (adhezja, proliferacja i różnicowanie zasiedlonych komórek). Projektując i testując rusztowanie należy wziąć pod uwagę warunki pracy, dostosowując geometrię, architekturę wewnętrzną, właściwości mechaniczne i biologiczne do danej aplikacji. Opracowanie innowacyjnego biodegradowalnego trójwymiarowego rusztowania dla inżynierii tkankowej, wspomagającego regenerację i odtworzenie rozległych ubytków tkanek kostnych, które powstają w wyniku usuwania nowotworu w okolicy twarzoczaszki, a w szczególności żuchwy, jest obecnie celem dla wielu ośrodków badawczych. Opracowana przez zespół naukowców wywodzących się z Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej technologia pozwala na wytworzenie nowatorskiego produktu inżynierii tkankowej – bioimplantu, który ma wspomóc regenerację i odtworzenie nawet znacznych ubytków kostnych. Bioimplant dedykowany jest przede wszystkim regeneracji ubytków kości, które powstają w wyniku usuwania nowotworu, ale może być również zastosowany przy odbudowie ubytków powstałych w wyniku np. wypadków komunikacyjnych. Przewaga i innowacyjność produktu wynika przede wszystkim z połączenia dotychczas dostępnych rozwiązań z opracowanymi technikami produkcji oraz modelowania. Innowacyjne rozwiązania z zakresu biomateriałów i inżynierii tkankowej zdobywają coraz większy udział w rynku implantów, dzięki ich istotnym zaletom wobec stosowanych powszechnie przeszczepów kości od pacjenta lub dawcy. Przy notowanym wysokim wzroście rynku tych rozwiązań (ok. 15% względem 10% wzrostu rynku wszystkich przeszczepów kości) produkt może w przyszłości objąć znaczące udziały w rynku. Dlatego też grupa wynalazców z Wydziału Inżynierii Materiałowej postanowiła skomercjalizować opracowany bioimplant i wprowadzić go na rynek. Produkt łączy rozwiązania z zakresu inżynierii materiałowej, medycyny, biologii, technik wytwarzania CAD/CAM oraz informatyki, aby mógł dostarczyć kompleksowe narzędzie do regeneracji tkanki. Dzięki otrzymanym właściwościom biodegradowalności, strukturze wewnętrznej oraz właściwościami mechanicznymi możliwe jest stopniowe odtworzenie tkanki w miejsce ubytku i znaczne polepszenie komfortu pacjenta. Wykonane dotychczas zadania pozwoliły na opracowanie technologii bioimplantów na wymiar dla danego pacjenta i wprowadzenie na rynek weterynaryjny pod postacią gotowego produktu Opracowana technologia pozwala na produkcję indywidualnie dopasowanego implantu do danego pacjenta. Dzięki temu do sali operacyjnej dostarczany jest implant idealnie wpasowujący się w ubytek kostny. Ma on stanowić nie tylko podporę i uzupełnienie układu kostnego, ale także rusztowanie dla naturalnej tkanki, która ma powstać w miejsce implantu. Kluczowym zadaniem produktu jest wyeliminowanie konieczności pozostawienia implantu – obcego materiału w organizmie. W tym celu, konieczne jest dostarczenie przez implant szeregu funkcji, które będą wspierać naturalne odtworzenie tkanki kostnej. ( publikacja p. Marek Wyleżoł, Barbara Ostrowska i wsp.)