3D 프린팅 뼈 : 2020 년, 가장 놀랄만한 프로젝트

원문 게시자 Lucas Carolo /

원문 기사:https://all3dp.com/2/3d-printed-bones-projects/

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3D 프린트 된 뼈는 더 이상 미래가 아닙니다. 그들은 매우 진짜입니다! 

오늘 의학에서 3D 프린트 뼈 프로젝트에 대해 알아보십시오.

 

3D 프린트 뼈

대안의 필요성

3D 프린팅을 통해 임플란트를 환자의 뼈에 맞게 정확하게 사용자 정의하고 성형 할 수 있습니다 (출처 : OEM 업데이트 )

사람들이 사고 나 질병으로 인해 뼈가 부러 지거나지는 것은 드문 일이 아닙니다. 치료로서 의사는 공여자로부터 뼈 이식편 또는 뼈 조직을 이식합니다. 전선과 나사로 제자리에 고정 된 이식 물은 신체가 건강한 뼈 구조를 재생하도록 도와줍니다.

불행히도이 프로세스에는 몇 가지 명백한 결함이 있습니다. 먼저, 뼈 이식편은 예전 뼈가 있던 위치에 정확하게 맞도록 절단되어야합니다. 둘째, 수술 중 금속판이나 발판을 삽입하는 경우 일반적으로 나중에 수술로 제거해야합니다. 마지막으로 팔이나 다리와 같이 뼈가 많이없는 사람들은 사지 절단이 종종 유일한 방법입니다.

3D 프린팅 된 뼈는 환자에게보다 자연스럽고 편리한 프로세스를 제공함으로써이 모든 것을 바꿀 수 있습니다. 의사는 더 이상 다른 뼈에서 뼈 이식편을 가져 가거나 뼈 기증자를 검색 할 필요가 없었습니다. 단순히 영역을 스캔하고 새로운 뼈의 구조를 모델링 할 수있었습니다.

3D 스캐닝 및 모델링 기술을 사용하면 모든 임플란트를 환자의 뼈에 정확하게 맞출 수 있습니다. 사지를 절약 할 때 생산 속도도 중요합니다. 이것이 3D 프린팅이 솔루션의 좋은 후보가되는 또 다른 이유입니다.

3D 인쇄가 끝나면 뼈를 환자에게 이식 할 수 있습니다. 이상적으로는 새로운 뼈가 자라면서 뼈 이식편이 용해되어 더 많은 수술의 필요성이 줄어 듭니다. 이러한 뼈는 천연 뼈와 유사한 화합물을 사용하여 인쇄 할 수 있지만, 연구자들은 특별한 특성을 가진 다른 재료의 뼈 인쇄도 조사하고 있습니다.

프로젝트 # 1 : Xilloc CT-Bone

CT-Bone 재료는 임플란트가 실제 뼈와 동일한 수준의 다공성을 모방 할 수있게합니다 (출처 : Xilloc )

유럽에 기반을 둔  Xilloc  은 3D 프린트 뼈 임플란트를 포함하여 환자 별 임플란트를 생산하는 전문 업체입니다. 환자의 CT 스캔을 기반으로 엔지니어는 임플란트를 외과의와 함께 디자인하여 완벽하게 제자리에 맞 춥니 다.

네덜란드 회사는 천연 뼈에서 발견되는 주요 화합물 인 인산 칼슘으로 뼈 모양의 3D 인쇄 재료를 개발하고 있습니다. 결과적으로, 그것은 결국 환자의 기존 뼈와 합병되어 그 일부가됩니다. CT-뼈 3D 인쇄 재료는 임플란트가 실제 뼈 같은 다공성의 동일한 수준을 에뮬레이트 할 수 있습니다.

이 프로세스는 아직 테스트 중이며 아직 사용할 수 없지만 큰 잠재력을 보여줍니다. 전임상 연구에 따르면 24 주 내에 임플란트가 환자의 뼈와 융합 된 것으로 나타났습니다. 이후의 분석에 따르면 이식시 골 조직과 골수가 형성되기 시작했습니다. 2018 년 이후이 프로젝트에서 뉴스 업데이트가 없었지만 계속 지켜 볼 것입니다.

 

 

3D 프린트 뼈

프로젝트 # 2 : 고탄성 뼈

 

초 탄성 뼈는 수술 중 절단, 압연 및 쉽게 작업 할 수 있습니다 (출처 : ItuNova )

일리노이 주 노스 웨스턴 대학의 재료 과학자들은  “ 고탄성 뼈 ”(HB) 라는 새로운 3D 인쇄 가능 재료를 개발했습니다 . 이 유연한 재료는 자르고 말고 쉽게 작업 할 수 있기 때문에 매우 유용 할 수 있습니다. 결과적으로, 재료는 수술 중 임플란트하기가 간단합니다.

HB는 실제 뼈에 강성을 부여하는 화합물 인 90 % 이상의 하이드 록시 아파타이트로 구성됩니다. 특수 중합체와 결합 된이 취성 재료는 유연하지만 일관된 물질이됩니다. 그것은 비계 역할을하여 혈관과 세포의 성장과 다공성을 촉진합니다.

이 재료는 골 이식 문제에 대한 저렴한 해결책이기 때문에 매우 유망합니다. 제조가 저렴하고 실온에서 3D 인쇄가 가능하며 최대 1 년 동안 보관할 수 있습니다. 예를 들어 개발 도상국의 병원에서는 값 비싼 냉동 시스템이 없어도 재료를 사용할 수 있습니다.

2019 년 에는 두개골에 결함이있는 살아있는 쥐를 대상 으로 한 연구가 진행 되었습니다. HB는 자신의 동물의 뼈 (자가)를 사용하는 다른 임플란트와 비교했을 때 8 주 후에 약 74 %의 효과로 좋은 뼈 재생성을 제공했습니다.

인간의 실험은 아직 수행되지 않았지만 이번 연구의 지휘자 중 한 사람인 Dr. Shah에 따르면,“고탄성 뼈는 두개골 형 재건 수술로 전환 될 수있는 상당한 잠재력이 있으며, 이는 비용 효율적인 뼈 대체 이식편이 필요합니다.”

 

 

3D 프린트 뼈

프로젝트 # 3 : 뼈 발판

3D 인쇄 뼈 발판은 새로운 유기 조직의 형성을 자극합니다 (출처 : The Indian Express )

뉴욕 대학교의 과학자들은 그들 자신의 3D 인쇄 뼈를 개발하고 있습니다  . 이들의 목표는 뼈 변형을 필요로하는 두개골 변형이 있거나 재향 군인이있는 어린이와 같이 도움이 필요한 사람들을 돕는 것입니다.

스캐 폴드는 의료 목적으로 새로운 유기 조직의 형성을 자극하도록 설계된 물질입니다. 이들은 조직이 발달 할 수있는 물리적 구조를 제공하여 궁극적으로 원하는 모양과 형태로 세포 성장을 유도합니다.

유연성 대신에 뉴욕 과학자들은 뼈 모양과 구성을 흉내 냄으로써 치유를 최적화하는 데 집중했습니다. 뼈는 베타-트리 칼슘 포스페이트로 3D 인쇄 된 후 최종 세라믹 상태로 과열됩니다. 새로운 뼈 형성 속도를 높이고 뼈 줄기 세포를 유인하기 위해 3D 인쇄 부분에 특수 피리 딜 모올 코팅이 추가되었습니다.

영국 동부 앵글리아 대학교 (University of East Anglia) 과학자들은 Animal Health Trust와 함께 말의 뼈 재생을 지원하기 위해 3D 프린트 스캐 폴드를 개발하고 있습니다.

스캐 폴드 구조는 벤드 레이 (BendLay) 폴리 카보네이트 필라멘트 가있는 메이커 봇 리플리케이터 2 에 의해 미세 메쉬로 제조되었다. 체외 테스트는 매우 긍정적 인 결과를 보여 주어 인간의 뼈 재생에 대한 또 다른 연구 경로를 확립했습니다.

 

 

3D 프린트 뼈

프로젝트 # 4 : 고관절 교체

비구면의 불규칙한 표면은 뼈의 접착력을 높이고 세포 성장을 촉진합니다 (출처 : Fusion Healthcare )

3D 프린팅 뼈 부분은 적어도 고관절 임플란트에는 전혀 새로운 것이 아닙니다. 돌아 가기 2007 년, 이탈리아어 외과 박사 Grappiolo, 함께 아캄 (GE의 지금 부분)을 개발하고 성공적으로 세계 최초의 3D가 인간의 환자에서 비구 부품 (엉덩이 컵) 인쇄 이식.

Delta-TT 컵은 다리의 다 방향 운동을 가능하게하는 회전 볼 구성 요소 인 대퇴골 두를 수용하는 반구형 부품입니다. 컵의 외부 표면은 환자의 고관절에 부착되어 전체 임플란트를 제자리에 고정시킵니다. 금속으로 인쇄 된 이 의도적으로 불규칙한 표면 3D 는 뼈 접착을 촉진하고이 부분들 사이의 세포 성장을 자극합니다.

이제 10 년이 지난 후, 스칸디나비아 3D 제조업체의 프린터 에서 100,000 개가 넘는 힙 컵 임플란트가 생산되었으며 그라피 올로 박사는 600 개가 넘는 임플란트를 이식했습니다.

내구성과 관련하여 이탈리아 의사는 임플란트가 환자의 전체 수명 동안 지속될 수 있다고 생각합니다. 아직이를 입증 할 방법은 없지만 Grappiolo의 첫 환자의 임플란트 는 여전히 다른 환자 만큼 강력합니다 .

 

 

3D 프린트 뼈

프로젝트 # 5 : 우주에서의 3D 바이오 프린팅

이것은 우주 미세 미세 중력 제작을 위해 설계된 자기 3D 바이오

 프린터 인 Organaut입니다 (출처 : OpenMedia )

3D 프린팅 뼈가 충분히 도전적이지 않다면, 공간에서 사용해보십시오. 사실 이것은 일부 실험실에서 시도하고있는 것입니다.

우주 공간에서의 생활은 특히 뼈 재생에 영향을 미칩니다. 국제 우주 정거장의 우주 비행사들은 미세 중력에 더 오래 노출되어 뼈의 퇴행 수준이 높은 것으로 나타났습니다. 뼈 구조는 재구성 루틴을 유발하기 위해 일정한 기계적 자극을 필요로하며, 이는 중력이 낮은 환경에서는 달성되지 않습니다.

이것이 바로 러시아 3D 바이오 프린팅 솔루션 이 ISS에서 뼈 3D 바이오 프린팅 과 협력 해 온 이유 입니다. 이 샘플은 특수 마그네틱 3D 프린터로 제작되었으며 궁극적 인 목표는 미래의 장기 우주 탐험에서 이식을위한 뼈 생산을 가능하게하는 것입니다.

 

 

3D 프린트 뼈

프로젝트 # 6 : 두개 성형술

Cranioplasty 임플란트는 3D 프린팅 몰드로 제작할 수 있습니다 (출처 : Gramho )

3D 프린팅은 다양한 형태의 뼈 이식을 지원할 수 있습니다. 임플란트 될 실제 부품을 생산하는 대신, 이러한 부품에 대한 금형을 작성하는 것은 많은 경우에 훨씬 더 단순하지만 훌륭한 솔루션이 될 수 있습니다.

Cranioplasty는 주로 뇌 보호 및 미용상의 이유로 임플란트, 유기 또는 합성 임플란트를 추가하여 환자의 두개골을 수리하는 절차입니다. 이것은 현대 의학에서 잘 알려진 절차이지만 문제가 있습니다.

일반적으로 사용되는 재료는 세라믹 (hydroxyapatite) 또는 폴리머 (PMMA)입니다. 이러한 의료용 재료는 보통 분말 형태이며 성형 후 적절한 강도를 얻기 위해 고온에서 소결해야합니다. 임플란트는 수술 중에 모델링되며 소결은 대개 환자의 두개골에서 이미 발생합니다.

여기서 가장 큰 문제는 소결에 필요한 고온이 보호되지 않은 환자의 뇌에 매우 해로울 수 있다는 것입니다. 여기서 3D 프린팅이 이루어집니다.

환자의 CT 스캔으로 임플란트는 외과 의사에 의해 맞춤형으로 제작되므로 금형을 폴리머로 3D 인쇄 할 수 있습니다. 그런 다음 실제 임플란트는 금형을 사용하여 수술 전에 제조업체에서 과도한 열을 피하고 절차의 전체 기간을 줄입니다.

이 솔루션은 전 세계, 특히 유럽 , 인도 및 브라질 에서 사용되는 믿을 수 없을 정도로 저렴한 솔루션입니다 .

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