デューク大学は、半月板などの軟骨インプラントの3Dプリント用の新しいハイドロゲル材料を開発しました。

デューク大学は、半月板などの軟骨インプラントの3Dプリント用の新しいハイドロゲル材料を開発しました。


南極クマ、2017年4月21日/米国デューク大学は、新しいタイプの生物学的3Dプリント材料を開発しています。この素材はハイドロゲル混合物から作られており、3Dプリントによって人工半月板(脛骨と大腿骨の関節の間にある2つの線維性軟骨組織)を作ることができます。将来的には他の軟骨インプラントを作るのにも使われると期待されています。

これは半月板損傷患者にとって大きな恵みであることは間違いありません。医学界はまだ半月板損傷を治療する良い方法を見つけていないことを知っておく必要があります(ほとんどの半月板には血管がなく、自己修復できないため)。しかし、半月板は私たちのスポーツにとって非常に重要です。それにより、膝にかかる圧力と衝撃を緩和することができます。軟骨がひどく摩耗したり、完全に消失したりすると、関節軟骨の損傷や関節炎を発症する可能性が飛躍的に高まります。

さて、本題に戻りますが、デューク大学でのこの研究はまだ初期段階ですが、その実現可能性は実証されています。 ACS Biomaterials Science and Engineering に掲載された論文(興味のある方は、記事の最後にある添付ファイルをクリックしてダウンロードできます)では、300 ドルの低価格 3D プリンターと新しい材料を使用して半月形の構造を 1 日で印刷し、それをプラスチック製の膝のモデルに組み込む方法が説明されています。

この研究でハイドロゲルが材料として選ばれた主な理由は、その分子構造が軟骨に非常に似ているためであることは特筆に値します。しかし同時に、既存のハイドロゲルには多くの欠点もあります。例えば、その強度は天然の人体組織に比べて大幅に低く、通常、押し出し(ノズルから押し出す)によって 3D プリントされた後は形状を維持できません(成分のほとんどが水であるため)。

幸いなことに、デューク大学のチームは解決策を見つけました。メンバーの一人であるフェイチェン・ヤン氏(少なくとも彼は中国系です、素晴らしい)が最近、3D プリントに適したハイドロゲルの開発に成功しました。その方法は、まず「ダブル ネットワーク」技術によって、非常に異なる特性(1 つは硬くて丈夫、もう 1 つは柔らかくて弾力性がある)を持つ 2 つのハイドロゲルを融合し、次にそれにナノ接着剤を加えるというものでした。この魔法の物質により、ハイブリッド ハイドロゲルはせん断応力を受けると(プリント ヘッドから押し出されるなど)、液体になりますが、せん断応力が除去されるとすぐに固体に変化します。これにより、ハイドロゲルはノズルから押し出された後もその形状を維持することができます。

さらに良いことに、このハイブリッドハイドロゲルの特性は自由に調整できます。これにより、3D プリントされたインプラントがよりリアルになります。これは従来の製造プロセスでは実現不可能です。

この新たな進歩はデューク大学チームに大きな自信を与え、3Dプリントされたカスタマイズされた軟骨インプラントが現実のものとなるのもそう遠くないと信じています。半月板はより大きな圧力に耐える必要があるため、特に半月板損傷の患者に利益をもたらすでしょう。形状が適切でなければ、理想的な効果が得られないだけでなく、患者に痛みを引き起こすこともあります。

さらに読む:
ジョンソン・エンド・ジョンソン、アスペクト社と提携し3Dプリント半月板を開発へ
「3D プリントの画期的な進歩: 膝半月板の複製に成功し、臨床試験が開始される予定
研究者らが軟骨損傷の修復に3Dプリントした超強力ハイドロゲルを開発

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医療、材料、ハイドロゲル、軟骨、半月板

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