3D tisk stehenních kostí pro zlepšení biomechanických studií

Tags: 3D tisk | Biomechanika | Femur | PLA | Výzkum

Vý­zkum­ní­ci z Uni­ver­si­ty of Texas Sou­thwes­tern Me­di­cal Cen­ter vy­vi­nu­li tech­ni­ku 3D tisku pro vy­tvá­ře­ní re­a­lis­tic­kých mo­de­lů lid­ské ste­hen­ní kosti, která by mohla zjed­no­du­šit pro­vá­dě­ní bi­o­me­cha­nic­ké­ho vý­zku­mu. Stu­die pu­b­li­ko­va­ná v ča­so­pi­se Jour­nal of Ortho­pae­dic Re­search ve spo­lu­prá­ci s vý­zkum­ní­ky z Texaské uni­ver­zi­ty v Dal­la­su podle vědců ově­řu­je vy­u­ži­tí v bi­o­me­cha­nic­kých stu­di­ích ste­hen­ních kostí vy­ro­be­ných po­mo­cí ná­kla­do­vě efek­tiv­ních 3D tis­ká­ren a ma­te­ri­á­lů.

Ač­ko­li se stu­die za­mě­ři­la na repli­ku ste­hen­ní kosti (la­tin­sky femur) a její me­cha­nic­ké vlast­nos­ti, pro­ces by mohl být po­u­žit k vy­tvo­ře­ní mo­de­lů ja­ké­ko­li lid­ské kosti pro vý­zkum.

Ste­hen­ní kost je ústřed­ním bodem bi­o­me­cha­nic­ké­ho vý­zku­mu, pro­to­že hraje klí­čo­vou roli při no­še­ní váhy a po­hyb­li­vos­ti. Bi­o­me­cha­nič­tí vý­zkum­ní­ci tra­dič­ně po­u­ží­va­jí ke stu­di­ím kosti z mrt­vol nebo syn­te­tic­ké kosti, které však mohou být drahé, ob­tíž­ně se zís­ká­va­jí a mají svá ome­ze­ní. Vy­u­ži­tí 3D tisku k vy­tvá­ře­ní kostí po­dob­ných lid­ským může být vý­znam­ným pří­no­sem pro vý­zkum­ní­ky, kteří stu­du­jí nové chi­rur­gic­ké tech­ni­ky a stavy, jako je os­te­o­poróza, trau­ma­tic­ké zlo­me­ni­ny, de­for­ma­ce a ne­zhoub­né či zhoub­né kost­ní léze.

Dr. Wein­s­chenk a jeho tým ve spo­lu­prá­ci se stroj­ní­mi in­že­ný­ry z UT Dallas po­u­ži­li ky­se­li­nu po­ly­mléč­nou (po­ly­lak­tid – PLA) – bi­o­lo­gic­ky od­bou­ra­tel­ný po­ly­este­ro­vý ma­te­ri­ál, který se běžně po­u­ží­vá při 3D tisku – a zkon­stru­o­va­li řadu mo­de­lů ste­hen­ní kosti s růz­ný­mi fy­zi­kál­ní­mi vlast­nost­mi, jako je tloušť­ka stěny a hus­to­ta vý­pl­ně. Tyto mo­de­ly pak byly tes­to­vá­ny na pev­nost v ohybu po­mo­cí tří­bo­do­vé­ho ohybu a vý­sled­ky byly po­rov­ná­ny s bi­o­me­cha­nic­kou ode­zvou lid­ských ste­hen­ních kostí, což týmu umož­ni­lo určit me­to­di­ku, která vy­tvo­ři­la nej­přes­něj­ší repli­ku.

Kisho­re My­so­re Na­ga­ra­ja, dok­to­rand na uni­ver­zi­tě v Dalla­su, vy­vi­nul řadu vzor­ků vy­tiš­tě­ných ste­hen­ních kostí a tes­to­val je, aby se ujis­til, že me­cha­nic­ky od­po­ví­da­jí sku­teč­ným ste­hen­ním kos­tem.

Podle Dr. Wein­s­chen­ka byly od roku 1987 vy­vi­nu­ty čtyři ge­ne­ra­ce syn­te­tic­kých mo­de­lů ste­hen­ních kostí pro bi­o­me­cha­nic­ké tes­to­vá­ní a pro­dá­vá­ny na trhu. Měly však svá ome­ze­ní, včet­ně ná­kla­dů a do­da­cí lhůty. Podle něj tech­ni­ka 3D tisku, kte­rou vy­tvo­řil se svými ko­le­gy, tyto pro­blémy řeší.
Tato no­vin­ka by mohla zís­kat ši­ro­ké vy­u­ži­tí a při­je­tí, pro­to­že každý, kdo má lev­nou 3D tis­kár­nu, si může stáh­nout sou­bor, vy­tisk­nout vzo­rek a levně a bez pro­dle­ní pro­vést vlast­ní stu­dii. Dr. Wein­s­chenk a jeho ko­le­go­vé z UT Sou­thwes­tern a UT Dallas vy­tvo­ři­li mo­de­ly střed­ní části ste­hen­ní kosti o ve­li­kos­ti ne­ce­lých 8 palců a prů­mě­ru téměř jeden palec. Ná­kla­dy na vý­ro­bu těch­to vzor­ků se od­ha­du­jí na 7 do­la­rů.

Vý­zkum­ní­ci z UT Dallas se za­mě­ři­li na me­cha­nic­ké hod­no­ce­ní a cha­rak­te­ri­za­ci 3D vy­tiš­tě­né ste­hen­ní kosti. Díky 3D tisku jsou schop­ni vy­tisk­nout ste­hen­ní kost se stej­nou ge­o­me­t­rií, jakou má ste­hen­ní kost uvnitř těla. V je­jich bi­o­me­cha­nic­kých tes­tech se ste­hen­ní kost cho­va­la stej­ně dobře jako lid­ská ste­hen­ní kost.