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3D-gedruckte Knochenstruktur ermöglicht die Geweberegeneration

Laut einer am 19. Januar 2016 auf der Konferenz "Printing for the Future" am Institute of Physics in London (Großbritannien) vorgestellten Studie kann der 3D-Druck menschlichen Knochen helfen, der großen Gewebeschaden erlitten hat, um sich zu regenerieren.
Manolis Papastavrou, abgebildet mit 3D-gedrucktem Knochengewebe.
Bildnachweis: Nottingham Trent University

Die Rapid Prototyping (RP) -Technologie, der Vorläufer des 3D-Drucks, existiert seit den 1980er Jahren, ist aber erst seit relativ kurzer Zeit im Mainstream sichtbar.

Designer haben 3D-Drucktechniken verwendet, um eine Vielzahl von Gegenständen herzustellen, von Schmuck über individualisierte Fußballschuhe bis hin zu einer Standuhr. Eine Gruppe arbeitet derzeit daran, einen Flugzeugflügel zu bauen.

Die medizinische Welt hat große Hoffnungen für den 3D-Druck. Medizinische Nachrichten heute hat bereits über die Verwendung von 3D-Technologie berichtet, um Teil eines Brustbeins zu machen, das Chirurgen erfolgreich in einen Krebspatienten implantiert haben.

Patienten, die sich einer Krebsbehandlung unterziehen oder bei einer größeren Fraktur ein großes Knochengewebe verlieren. Synthetische Knochenersatzmaterialien können verwendet werden, um das verlorene Material zu ersetzen, aber es kann eine Herausforderung sein, diese hart genug für den Job zu machen.

Temporäre Brücke wird Patienten nach der Krebsbehandlung und Frakturen helfen

Manolis Papastavrou von der Nottingham Trent University in Nottingham, Großbritannien, kontrolliert die Mikrostruktur eines 3D-gedruckten Knochengerüsts.

Die Struktur bietet eine temporäre Brücke, die die Regeneration von natürlichem Gewebe ermöglicht. Es kann auf der Grundlage von medizinischen Bildgebungsdaten so angefertigt werden, dass es den genauen Größen- und Formanforderungen des Patienten entspricht. Porös zu sein bedeutet, dass Blutfluss und Zellwachstum auftreten können.

Das Gerüst besteht aus den gleichen Mineralien, die im natürlichen Knochen vorkommen. Es kann sich auflösen, wenn sich der Patient erholt, und neues Gewebe ersetzt es.

Die Forscher untersuchten, wie das Wachstum von Kristallen bei Temperaturen unter Null zusammen mit 3D-Drucktechniken verwendet werden kann, um ein Material in verschiedenen Größenordnungen zu strukturieren. Sie wollten Strukturen nachahmen, die in biologischen Materialien existieren.

Das Team geht davon aus, dass die Kombination von 3D-Druck mit Tiefgefrieren eine schnellere und wirtschaftlichere Herstellung von Medizinprodukten ermöglicht.

Mr. Papastavrou, ein Doktorand, erklärt, dass die Struktur eines Materials, von der molekularen bis zur Makroebene, die Zähigkeit beeinflusst. Porosität würde normalerweise ein Material schwächen, aber die derzeitige Technologie ist in der Lage, dies zu überwinden.

Zukünftige Anwendungen: Implantate und Kontrolle der Wirkstofffreisetzung

Prof. Breedon von der Nottingham University, der die Forschung mitverantwortlich machte, nennt das "einen echten Fortschritt", weil es zeigt, wie 3D-Druck Biomaterialien verbessern kann, ohne dass eine hohe Auflösung erreicht werden muss.

Die Manipulation des Wachstums von Kristallen in einem 3D-gedruckten Material ermöglicht es, die Mikrostrukturen von Knochengerüsten zu verbessern. Dies wird sie stärker machen und kann den Menschen helfen, sich nach einer schweren Krankheit oder Verletzung schneller zu erholen.

Die Forscher haben erzählt Medizinische Nachrichten heute dass noch keine klinischen Studien durchgeführt wurden, da das Team noch an der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Gerüsten arbeitet.

Was die Technologie im Moment betrifft, haben sie uns gesagt:

"Das verwendete Material (Beta-Tricalciumphosphat) hat nachweislich die geeigneten biologischen Eigenschaften. Das Verfahren befindet sich noch in der Entwicklung, der nächste Schritt ist die Infiltration dieser hochporösen Struktur mit einem Polymer, um ein starkes Bio-Komposit zu erzeugen Die Forschung zeigt das Konzept der Kombination von 3D-Druck mit anderen konventionellen Gerüsttechniken (Einfrieren in diesem Fall), um sehr feine mikrostrukturelle Merkmale zu erhalten.Wir glauben, dass es weitere 5-10 Jahre dauern wird, bis diese Technologie im klinischen Umfeld eingesetzt wird. "

Die Forscher haben auch erzählt MNT dass die Technologie bei der kontrollierten Wirkstofffreisetzung verwendet werden könnte. Die Fähigkeit, das Niveau der Mikroporosität anzupassen, macht es zu einem guten Kandidaten für diese Funktion. "Durch die Steuerung der Gefrierrate in verschiedenen Bereichen eines gedruckten Teils", sagten sie, "ist es möglich, Porositätsgradienten mit allmählich kleineren Poren in Richtung seiner äußeren Oberfläche zu erhalten."

Herr Papastavrou fügt hinzu, dass metallische orthopädische Implantate durch Knochengerüste in Materialien ersetzt werden könnten, die vom Körper abgebaut werden können.

MNT kürzlich berichtet, dass Chirurgen 3D-Modelle verwendet, um die Sicherheit der Operation zu erhöhen, in der sie die Niere eines Vaters in seine Tochter transplantierten.

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