Заслуженный профессор из Торонтского Университета Боб Пиллиар занимается исследованием синтетических заменителей костной ткани на протяжении двадцати лет, и наконец он и его команда исследователей открыли секретный ингредиент. Семьдесят процентов костей человека состоит из полифосфата кальция, и Пиллиар уверен, что это идеальный материал для заменителя костной ткани. Этот биоразлагаемый минерал прикрепляется к уже существующим остеоцитам (клеткам костной ткани) пациента, побуждая их к росту и восстановлению. Когда команде Пиллиара осталось найти лишь быстрый и эффективный способ изготовления костных имплантатов, на помощь пришла инженер-конструктор мехатронных устройств Микаэла Власи.

Эксперт по 3D-печати из Университета Уотерлу только закончила учебу в 2008 году, как ей предложили стать членам исследовательской группы из Университета Торонто. За эти годы она разработала 3D-принтер, который способен выращивать из полифосфата кальция структуры, похожие на костную ткань вплоть до естественной пористой поверхности и внутренних каналов для поставки питательных веществ. На этом принтере можно создавать заменители костной ткани, которые естественным образом врастают в живые ткани пациента.

Принцип работы этого огромного 3D-принтера (размером с холодильник) строится на скреплении порошка полифосфата кальция связующим веществом, чувствительным к воздействию ультрафиолета. В результате получается биоразлагаемая пористая костная подложка со сложной сетью внутренних каналов. Физическая структура 3D-печатного имплантата побуждает живые остеоциты к врастанию и последующему росту внутри него. По мере разрушения имплантата внутри тела пациента его постепенно заменяет живая ткань. Пористая поверхность имплантата позволяет хондроцитам (клеткам хрящевой ткани) легко закрепляться на ней, что делает его гораздо более эффективным, чем обычные имплантаты.

Одной из наиболее ожидаемых сфер применения этого 3D-печатного костного материала может стать замена суставов и хрящей у пациентов, больных артритом. Хотя большинство людей уверено, что артриту подвержены лишь пожилые люди, на деле заболевания костей могут возникнуть как следствие инфекции или травмы, т.е. практически в любом возрасте. К сожалению, хондроциты не способны к регенерации, поэтому существующие методы лечения ограничены установкой имплантатов, сделанных из пластика или металла.

Доктор Рита Кэндел – руководитель отделения патологий и лабораторной медицины в Больнице Маунт-Синай, и она успешно сотрудничает с Пиллиаром и его другом Марком Гринпасом, исследователем из Торонтского университета, на протяжении двадцати лет. Она уже начала испытывать на практике 3D-принтер Власи и костный материал из полифосфата кальция Пиллиара, взяв за отправную точку ткань и клеточный материал пациента, чтобы получить биологическую замену суставу. Работа началась с извлечения стволовых клеток из костного мозга пациента, которые потом были преобразованы в незрелые хондроциты и на протяжении нескольких недель выращивались в лабораторных условиях.

Когда клетки созрели, 3D-печатный имплантат из полифосфата кальция погрузили в биоактивный материал с содержанием стволовых клеток и вживили пациенту. Новые клетки начали функционировать и даже лечить самих себя. Этот процесс назвали «биологическое восстановление поверхности», и он значительно снижает риск отторжения телом имплантата. В конечном итоге исследователи получили натуральную и долговечную замену хрящевой ткани, что особенно ценно для лечения таких хронических заболеваний, как остеоартрит.

«Если вы используете собственные клетки пациента, тело не воспринимает их как чужие и не отторгает. В результате пациент практически не испытывает боль от вживленного имплантата. По мне так это величайшее открытие», – говорит доктор Кэндел.

На данный момент ученые проводят испытания на животных, и они будут продолжаться еще несколько лет. С точки зрения доктора Кэндел, эти биоразлагаемые имплантаты можно будет использовать для восстановления и лечения суставов колен, бедер и пальцев. Скорее всего, этот метод найдет полноценное применение в медицине спустя десять лет.