Tampereen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uraauurtavan 3D-tulostetun keraamisen implanttimateriaalin, joka jäljittelee erittäin tarkasti ihmisen luonnollista luuta. Uusi teknologia vauhdittaa luukudoksen uusiutumista tukevien yksilöllisten menetelmien kehittämistä ja voi edistää luuvaurioiden tehokkaampaa ja paremmin saatavilla olevaa hoitoa.

Luunsiirto on maailman toiseksi yleisin kudossiirtotoimenpide, ja luunsiirtoleikkauksia tehdään vuosittain yli kaksi miljoonaa. Nykyiset hoitomuodot perustuvat usein potilaalta tai luovuttajalta otettuun luuhun, mutta tällaisen luun saatavuus on rajallinen. Luunsiirrot voivat vaatia lisäleikkauksia, johtaa pitkiin toipumisaikoihin ja altistaa potilaan erilaisille komplikaatioille. Väestön ikääntyessä turvallisempien ja tehokkaampien hoitomenetelmien tarve kasvaa nopeasti.

Tampereen yliopiston tutkijakollegiumin tutkijatohtori Antonia Ressler on johtamassaan tutkimushankkeessa kehittänyt luuta jäljittelevän tukirakenteen, joka edistää kehon omaa uudistumiskykyä. Tukirakenne on valmistettu hydroksiapatiitista, josta myös luonnollisen luun mineraalirakenne koostuu.

– Kun käytämme samaa materiaalia kuin luonto ja muotoilemme sen keraamisen 3D-tulostuksen avulla, implantti voidaan räätälöidä tarkasti potilaan yksilöllisen luuvaurion mukaiseksi ilman lääkkeitä tai kasvutekijöitä, joihin voi liittyä haittavaikutuksia, Ressler sanoo tiedotteessa.

Tutkijat kehittivät uuden teknologian neljän vuoden mittaisen intensiivisen tutkimustyön tuloksena AffordBoneS-hankkeessa, jota rahoitettiin EU:n Horisontti Eurooppa -puiteohjelman Marie Skłodowska-Curie -tutkijatohtoriohjelmasta. Menetelmän kehitys jatkuu parhaillaan käynnissä olevassa GlassBoneS-hankkeessa. Tutkimusryhmän tavoitteena on tarjota edullisia tukirakenteita luuta lisääviin toimenpiteisiin, jotta hoidot olisivat laajemmin saatavilla ja potilaiden elämänlaatu paranisi.

Keraaminen 3D-tulostus on edistynyt valmistusmenetelmä, jonka avulla tutkijat pystyvät säätelemään tukirakenteen sisäistä rakennetta. Menetelmän avulla on mahdollista muokata huokosten kokoa ja niiden välisiä yhteyksiä, mikä edistää solujen kasvua ja ravinteiden kulkeutumista implantin sisällä. Tutkimusryhmä tunnisti luuta parhaiten jäljitteleväksi rakenteeksi implantit, joissa huokoskoko on noin 400 mikrometriä ja huokoisuus noin 45 prosenttia.

– Tällainen rakenne on sekä kestävä että biologisesti toimiva. Luunmuodostajasolut pääsevät implantin sisään ja alkavat muodostaa uutta luuta, kertoo Ressler.

Tutkimusryhmä totesi, että pienetkin muutokset materiaalin kemiallisessa koostumuksessa ja pintaominaisuuksissa voivat vaikuttaa solujen käyttäytymiseen.

– Havaitsimme, että valmistuksessa tarvittavat korkeat lämpötilat voivat muuttaa materiaalin pintaa siten, että solujen on vaikeampi kiinnittyä siihen. Tuloksemme osoittavat, että onnistuneessa luun uudistamisessa ratkaisevaa on sekä biomateriaalin koostumus että sen pintaominaisuudet, hän sanoo.

Resslerin ja hänen yhteistyökumppaneidensa tutkimus on yksi maailman ensimmäisistä, jossa suunniteltiin, 3D-tulostettiin ja arvioitiin luuta jäljittelevä keraaminen tukirakenne. Tutkimus luo vahvan perustan yksilöllisen lääketieteen tuleville kliinisille sovelluksille.

Tutkimusartikkeli Biomimetic bone calcium phosphate-based scaffolds fabricated via ceramic vat photopolymerization: Effect of porosity, sintering temperature, mineralogical phases and trace elements on the osteogenic potential julkaistiin Materials Today Bio -tiedelehdessä 26. maaliskuuta.

Aamuset-kaupunkimedia (AKM)