Kartilage Hasarının Klinik Mücadelesi

Artüler kartilage, düzgün, beyaz doku, ortaklar oluşturmak için karşılaştıkları kemiklerin sonunu kapsar, ağrı kesici olmayan hareket için gereklidir.Bu tür osteoartritler ve kilo verme faaliyetleri sırasında şoklar sağlar. Ancak, kartilage, muhafazakar yönetimden (fiziksel) daha uzun süreli tedavi, anti-feküler hastalıklara yol açan, depresyona yol açan mikroptif hastalıklara yol açan, ağrıya yol açan, şişirme, şişirme, sertlik ve daha ilerici bir tedaviye yol açan bir tedavi için çok sınırlı bir kapasiteye sahiptir.

Son yıllarda, kişiselleştirilmiş rejeneratif tıpa karşı bir paradigma değişikliği ortaya çıktı.Bu yaklaşım sadece gelişmiş tıbbi görüntüleme ve katkı üretimi - özellikle de biyoprinting -şimdi hasta bazlı kartilage implantları oluşturmak için potansiyel sunuyor ve tam olarak bireysel ve #8217; anatomi ve biyolojik gereksinimleri karşılamak.

Özelleştirme Vakfı olarak yüksek çözünürlük Görüntülemeleri

Gerçekten hastaya özgü bir implant oluşturmak biyoprinter'de değil, radyoloji paketinde başlar. Yüksek çözünürlüklü görüntüleme yöntemleri kritik anatomik mavi baskı sağlar. Manyetik Resonance Görüntüleme (MRI) ve Comped Tomography (CT) her biri benzersiz avantajları ve tamamlayıcı verileri sunar.

Manyetik Resonance Görüntüleme (MRI)

MRG, hafif dokular, kartilage, bağlar ve tendonlar dahil olmak üzere görselize edilmiş gradient-echo (SPGR) ve T2 haritalama, klinikler, kartilage morfoloji, kalınlık ve ince biyokimyasal değişiklikler elde edebilir.Sıklama implant tasarımı, yüksek çözünürlüklü (tipik olarak 0.4-0.6 mm) ile ilgili olarak, bu verilerin 3D geometrisini sağlar.Bu veriler, negatif bir kalıp oluşturmak için kullanılır.

Tomography (CT) ve Micro-CT

CT görüntüleme kemik mimarisinin görselleştirilmesi için idealdir, implantın altchondral kemik ile arayüze sahip olması veya bazı protokollerin silinmesine karşı kontrast (örneğin yüksek çözünürlüklü CT, ekin-beam CT ve mikro-CT dahil olmak üzere, anatomik geometrinin ayrıntılı 3D modellerini oluşturabilir. CT ayrıca bazı protokollerin delinmesine karşı kullanılabilir.

Görüntülerden 3D Modellerine

Çiğ görüntüleme verileri (DICOM dosyaları) Mimics, Basitware veya açık kaynak araçları gibi yazılımları kullanarak segmentasyon algoritmaları ile işlenir: 3D Slicer. Segmentasyon ilgi alanını izole eder - arabatilage def ve sağlıklı doku çevreleyen - ve bir yüzeysel ağ veya hacim gösterimine dönüştürür.Bu dijital 3D modeli daha sonra rafine edilir: düzgün, kırılır ve aynalı (konuşturucu sağlıklı ortak olarak kullanılır)

[FONT:0)Dönemli kaynak: [DDDDDDDDDD baskının tıpta genel bir bakış açısı sağlar, görüntüleme-to-CAD iş akışları dahil olmak üzere 3D baskının genel bir bakış açısı sağlar.[T:2).(NIBIB 3D Printing Fact Sheet)).

Cartilage Construction için Biyoprinting Technology for Cartilage Construction

Biyoprinting, canlı hücrelerin ve biyo-konaktsuz malzemelerin üç boyutlu yapılar oluşturmak için bir tabaka modada yer alan bir ekstrüksiyon tekniğidir.For cartilage, bioprinter should run at high solution (ly 100-400 μm nozul çapı) while maintain cell viability (>80%)

  • [FONT:0)Expost- bazlı biyoprinting: En yaygın yöntem, sürekli biyoink filamentlerini dağıtmak için pnömatik veya mekanik baskı kullanarak. Hidrojekte gibi yüksek performanslı malzemelerle ölçeklenebilirlik ve uyumluluk sunar.
  • [FONT:0)Inkjet biyoprinting: Düşük ücretli biyoinklerin damlaları bir substrata depolanır, yüksek çözünürlükte ancak ince yapılarla sınırlı.
  • [FONT:0)Laser-assisted bioprinting:) Bir lazer pul pul pulu transferleri bir alıcı substratına bir bağışçıdan gelen biyoink damlacıkları verir. Bu yöntem çok yüksek hücreli viability ve çözünürlük sağlar, ancak şu anda araştırma için daha uygun.

Hastaya özgü implantlar için, MAK tabanlı biyoprinting en sık kullanılır çünkü büyük, anatomik olarak mekanik bütünlüğü ile şekillendirilen hücreli hidrojekteleri ve kompozit malzemeleri idare edebilir.

Bioinks: The Living Ink

Biyoink, herhangi bir biyoprinted yapının kalbidir. Aynı zamanda hücreler için destekleyici bir mikroenvironment sağlamalıdır, baskılanabilirlik (s prova, hızlı jelasyon), ve arabatilage için uygun mekanik özellikleri yayınlamak zorundadır.

  • [FONT:0)Hydrogels:[Dönetici:[Dönetici:0) Doğal polimerler, alginate (Denizden gelene kadar), jelatin methacryloyl (GelMA), hipnozlu asit (kendi kartilage bileşeni), ve decellularize ekstracellular matrisi (dECM) Bu yüksek su içeriği ve destek hücreli sulation sağlar.
  • [FONT:0)Cell kaynakları: [Dönetici: 0,4][/FONT) Kristalografik kromatositlerden (kalıcı olmayan potansiyel ve kullanılabilirlik nedeniyle de yaygın olarak incelenir.Indüklenen pluripotent kök hücreler (iPSC) sınırsız hücre tedariki için bir alternatiftir.
  • [FONT:0)Reinforcement Malzemeler: [Dönetici gücü geliştirmek için, hidrojekteler genellikle policaprolactone (PCL) veya poli (lactic-co-glycolic asit) gibi biyo-projektif polimerlerle birleştirilir veya poliklonyanın depolandığı bir çerçeve olarak kullanılabilir.
  • [FONT-LR1, BMP-7 ve IGF-1, encaplar tarafından chondrogenesis ve ekstracellular matris üretimini teşvik etmek için dahil edilmiştir.

Son gelişmeler, [[0)nanocomposite Hidrogels[Döneticileri ile birlikte çalışır (örneğin nanoparçacıklar ile) ve [Dönemli Hidrojekteler[Dönemli)[Dönemli stresden kurtulabilir.[Dönemli stresin incelenmesi.[Dönemli bir inceleme).[Dönemli)[Dönemli bir şekilde yorumlanabilir.

Hasta-Specific İmplantlar için Biyoprinting Workflow

Video verileri son implantatif bir yapıya çeviri dikkatlice orkestralı bir süreçtir:

  1. [FONT:0)Patient seçimi ve görüntüleme: Hasta etkilenen eklemin MRG ve/veya CT'si geçer. Hata büyüklüğü ve sınıflandırılır.
  2. [[D|D|D|D|Vict: [DD=0]) Hatanın dijital modeli yukarıda açıklandığı gibi oluşturulur. Model genellikle implant için negatif hacmi içerir, birkaç milimetrelik sağlıklı bakım arayüzü de dahil olmak üzere, pre-fit düzeltmesine izin vermek için.
  3. [FONT:0)Bioprinter hazırlığı ve steril çevre: Biyoprinter sterilize edilir ve biyoinks biyogüvenli bir dolapta hazırlanmaktadır. Hücreler, implant başına yeterli sayıdakiye kadar kültürde genişletilir (tipik olarak 10-20 milyon hücre).
  4. [[Dönlendirme: [Dönlendirme: [Dönetici: 0 3) CAD modeli, hücreli yatakları alternatif hücre tabakalarını yeniden kullanarak, gerekirse, yeniden yükleme polimerleri sırasında, ısı, baskı ve baskı hızı gibi parametreler implant büyüklüğüne bağlı olarak 30 dakika sürebilir.
  5. [FONT:0)Kaçlama ve maturasyon: [Dönder: [Dönder: 0,1]Yapılması gereken günlerce kendi ekstra hücreli matrislerini üretmelerine izin vermek için.
  6. [FONT:0)Kalite kontrolü: [DÜDÜT:1), son implant sterillik, hücre viability, mekanik özellikler ve mikro-CT veya temas olmayan profilometri kullanarak doğruluk için değerlendirilir.
  7. [FONT:0]Surgical implantasyon: [Dönetici] Cerrah implantı hazır kusur sitesine taşır. Çünkü implant tam olarak boşluk olmadan, yük transfer ve uzun vadeli hayatta kalmayı gerektirir.

Klinik ve Preclinical Advances

Araştırma aşamasında hala yaygın olarak olsa da, birkaç grup hastaya özgü biyoprinted arabatilage implantları hayvan modellerine ve sınırlı insan denemelerine yönlendirdi.Sang ve al. (2021)), bir el cihazı veya robot kolu baskısını doğrudan minipigs'te gösterdi, anatomik olarak şekillendirilen implantlar desteklenen üstün doku yenilenme ve entegrasyonunu basit bir şekilde basit silindirik fişlere kıyasla başka bir yaklaşım.

İnsanlarda, her bir geometride ilk kez kullanılan biyoprinted arabatilage implantları 2023 yılında Güney Koreli bir ekip tarafından rapor edildi.Spektif hücreli hücreli hidrojektifler kullanan beş hastayı tedavi etti. Preliminary results at one-year follow-up, hyaline benzeri kartilage formasyon formasyon formasyon formasyon formasyonu ile önemli bir gelişme gösterdi.

Geleneksel One-Size-Fits-All Implants

Hastaya özgü biyoprinted kartilage implantlar özellikle geleneksel tekniklere güvenilmez büyük veya karmaşık kusurları için birkaç çekici avantaj sunar:

  • [FONT:0)Anatomical congruence:[Dönetici:[Dönetici:0) implant tam olarak kusuru doldurur, doğal ortak yüzey konduyu geri yükleme ve normal yük dağılımını korur. Bu, orta orta ortalıkta ortalıkta stresleri azaltır ve ikincil dejenerasyonu engelleyebilir.
  • [FONT:0) Mekanik özellikleri: [Döneticileri yeniden finanse etmek için hidrojektenin oranını farklı olarak veya implantın sertliklerini kullanarak, ana dokuya karşı eşleştirilebilir. Örneğin, sert bir derin bölge, metal yüzeyleri taklit eden yumuşak bir bölgeye sahiptir.
  • [FONT:0)Cellular entegrasyonu: [Döneticileri kullanarak) hastanın kendi hücreleri (güzel) bağışıklık reddedilme riskini ortadan kaldırır. 3D baskılı yapı, hücresel organizasyon için bir şablon sunar ve biyoaktif cues dahil etmek, fibrokartilage yerine doku maturasyonu kılavuzluk gösterebilir.
  • [FONT:0)Minimally invazif teslimat:[Dönetici:0) Bazı biyograflı yapılar, konlapsible veya enjekte edilebilir bir formla yazdırılabilirler olarak, kondüktif olarak teslim edilirler.
  • [FONT:0) osteokondral onarımı için değerli: Biphasic veya gezik ve kemik tabakaları, alt kolral kemik içine uzatan tam-toplama kusurları ele alabilir.

Mevcut Zorluklar ve Sınırlar

Sözcülüğe rağmen, biyoprinted kartilage implantlar standart klinik uygulama haline gelmeden önce birkaç engel aşılmalıdır:

  • [FONT:0]Vascularizasyon ve besin tedariki:) Cartilage birvasküler, ancak büyük yapılar (birkaç milimetre kalın) difüzyon sınırlamalarından muzdariptir.Kariyerdeki hücreler önceden depolanır. Strategiesler, pre-vaskülerizasyon, mikro kanal ağları ve perfüzyon biyoreactors içinde dinamik kültür içerir.
  • [FONT:0) implantasyonda mekaniksel bütünlüğü: Taze olarak basılmış hidrojekteler mekanik olarak zayıftır. İmplantasyondan sonra yük taşıma işlemi risklidir.Yapı cerrahi protokolleri ile korumalıdır (örneğin 6-8 hafta boyunca ağırlık taşıma).
  • [FONT:0]Scalability and cost:[Dönetici:0)) Bir hastaya özel bir implantı talep eden bir hücre kültürü tesisleri, GMP-grad biyoinks, pahalı biyoprinters ve düzenleyici gözetim.Mevcut maliyet yüksek, limitli erişilebilirlik.
  • [FONT:0]Uzun vadeli istikrar: [Dönetici: [Dönetici:0]) Biyograflı yapıların uzun vadeli kaderi ortak ortamda – Çevrim yüklemesine izin verdi, hear kuvvetleri ve enflamatuar sinyalleri – 10-20 yıl boyunca hala şeklini ve işlevini koruyacak mı?
  • [FONT:0)Yönergesel yol: [Dönetici: 0,4][/FONT=0)BİLMİŞİM:0)Yönergesel yol: [Dönergesel yaşam implantları kombinasyon ürünleri olarak sınıflandırılmıştır (medikal cihaz artı biyolojik). FDA gibi düzenleyici kurumlar ve EMA’lar hala ticarileşme için belirsizlik yaratır.

Bu zorluklar hakkında bir anlayışa göre, Nature Reviews Materials article on 3D bioprinting for doku onarımı (2020) ).

Future rotası ve Gelişen Yenilikler

Intraoperatif Bioprinting

Özellikle heyecan verici bir sınır, doğrudan cerrahi alanda çalışan taşınabilir biyoprinting sistemlerinin kullanımıdır.Elve cihazlar veya robotik kolları, situ'daki hataları tarayabilir (projektif ışık veya intraoperatif CT) ve biyoink’ı tek bir prosedürde doldurmanız için depolanır.Bu, doğum öncesi ve gerçek zamanlı ayarlamaları ortadan kaldırır.

Smart Bioinks ve 4D Printing

Araştırmacılar, bir kez implante edilen ve en az bir şekilde teslim edilen, kontrollü, zaman bağımlı bir şekilde serbest bırakma faktörleri olan doğru şekilde genişletilebilir ve sonra genişletilmiş veya eğrili bir şekilde genişletilebilir.

Robotik ve AI ile entegrasyon

Yapay zeka, belirli bir hastanın hücre kaynağı için en iyi biyoink kompozisyonunu optimize etmek için kullanılır (çok baskılı kollar) ve hatta çok sayıda baskılı karmaşık, çok sayıdaki beton yapıtlarına dayanan implant geometrilerini tasarlamak için kullanılır. Makine öğrenme algoritmaları, verilen bir hastanın hücre kaynağı için en iyi biyoink kompozisyonunu tahmin edebilir.

Organ-on-a-Chip ve Kişiselleştirilmiş Test

İmplantasyondan önce, hastaya özgü bir biyoprinted kartilage implantı, gerekirse mikrofluidic “joint-on-a-çip” cihazı üzerinde test edilebilir.Bu, dizlerin mekanik ve biyokimyasal ortamını taklit eder.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek çözünürlüklü görüntüleme ve gelişmiş biyoprinting yakınlığı, ortak işlevi geleneksel yöntemlerden daha etkili bir şekilde geri yükleme potansiyeline sahiptir.Hastaya özgü anatomik veri ve otolog hücre kaynaklarına göre, biyoinks, intraoperatif baskı ve yaşam implantları ile, hastaya özgü biyoyapıcı implantlar, laboratuvardan gelen geçişlere geçiş için baskıya maruz kalırken, milyonlarca hastaya yönelik olarak, araştırma hızı hızla hızlanır.

[FONT:0)Geçmiş referanslar:[Dönemli referanslar:[Dönemliler:[Dönler:)

  • NIH 3D Printing Fact Sheet: 03.D:0)https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topraklar[Döncüler/tr|Döncüler/tr|Döncüler/tr|Döncüler/tr|Döncüler/tr|Döncüler/tr|Döncüler/tr|Döncüler/tr|Döncükler/tr|Döncükler/tr|Döncükler/tr|Döncükler/tr|Döncükler/tr|Döncükler/tr|
  • Biyomalzemeler, kartilage için biyoinks üzerine inceleme: 0:0)O'Connell ve al.[D4]
  • Doğa Yorumları Biyografi sorunları üzerine malzeme: [0]https://www.nature.com/articles/s41578-020-00240-5[Dönemli: 1)
  • Minipigs (Kang et al.): [[Dönemli (Dönemli) ·0|PubMed).