3D-printed polymer scaffolds for bone regeneration

Ulykker, samt beinsykdommer som osteoporose og kreft, fører ofte til tap av både små og store fragmenter av de lange beina i armer og bein, enten på grunn av den opprinnelige skaden eller som følge av kirurgiske inngrep. Hulrommet i det skadde beinet vil da ikke kunne vokse sammen igjen av seg selv. I de fleste tilfeller vil det manglende fragmentet være lite, og det kan erstattes ved å transplantere bein fra et annet sted på pasientens kropp. Når pasienten ikke har nok frisk transplanterbar beinmasse, brukes det bein fra en død donor eller syntetiske implantater. Utfordringen med både donortransplantater og syntetiske implantater er at de kan være ustabile og forårsake alvorlige og langvarige smerter som begrenser pasientens mobilitet i hverdagen. Det er også en smitterisiko forbundet med donortransplantasjon, mens syntetiske materialer kan hemme/hindre fullstendig beinheling og kan ha utilstrekkelig mekanisk styrke og feil form. Bare i USA og Europa er det hvert år over 0,5 millioner pasienter som trenger behandling for slike beinlidelser. Vi har utviklet medisinsk sikre, syntetiske beinstillas ved hjelp av 3D-printingteknologi som etterligner både formen og de mekanistiske egenskapene til naturlige bein. For å skape et miljø som fremmer optimal beinheling rundt beinstillaset kan pasientens egne stamceller og hydrogel tilføres under implantasjon. Leger kan designe eksakte 3D-replika av manglende beinfragment basert på bilder av beinskader og bruke vår banebrytende teknologi til å produsere beinstillasreplika i en 3D-printer. I den vellykkede testingen av teknologien på sauer i dette prosjektet, fokuserte vi på å evaluere biokompatibiliteten til beinstillaset og tendensen til beinforskyvning i helingsprosessen. Det neste kritiske steget vil innebære å vurdere sikkerheten og funksjonaliteten til beinstillaset vårt i en modell som simulerer segmenterte beindefekter. Vi vil da nøye granske dannelsen av nytt beinvev i implantatet og dets forbindelser til det opprinnelige beinvevet rundt skadestedet. Vi har sterk tro på at 3D-printede beinstillas har et enormt potensial til å revolusjonere behandling av beintapsskader.

The goal of this project was to test the 3D-printed polymer scaffold on its own and in combination with stem cells, ceramic materials and/or hydrogels. The preliminary data indicated a combination that gives a primising results and should be investigated further for its fuctionality. Assuming positive outcome of this testing, we will have aclinical trial-ready technology, which has the potential to revolutionize the landscape of bone loss treatment. The feedback from the key opinion leader in the orthepedy filed indicated that there is high probability of use of this technology not only for special cases, as primary application indicate, but also in a long-term it could replace gold standard-autologous graft, providing comparable efficiency and pricing. Scaffold requires no additional operational site to harvest bone for transplant as autografts, which often results in complications. This will shorten patient’s recovery time, lower the cost and amounts of medical waste by hospitals, and improve patient’s physical disability and mental health problems related to long-term pain experience.