Rusztowania hydroksyapatytowe do zastosowań medycznych wykonane metodą „Robocasting - wstępne testy

Celem prowadzonych badań było wstępne przebadanie i opisanie własności fizycznych, mechanicznych i biologicznych porowatych rusztowań hydroksyapatytowych wykonanych metodą „Robocasting". Badaniom poddano próbki o różnych wariantach geometrii strukturalnej przy zachowaniu tych samych wymiarów zewnętrznych. Wydrukowano trzy rodzaje próbek: siatka gęsta, siatka rzadka, materiał lity. Własności wytrzymałościowe wyznaczono w próbie trójpunktowego zginania. Stwierdzono, że w porównaniu z kością naturalną własności wytrzymałościowe próbek są niższe i pogarszają wraz ze wzrostem makroporowatości. Złożoną mikro i makro strukturę wydrukowanych i spieczonych próbek pokazano na zdjęciach wykonanych przy użyciu mikroskopu skaningowego (SEM). Nie stwierdzono defektów o innej niż osnowa mikrostrukturze. Materiał po spiekaniu był jednorodny w całej objętości (nawet w miejscach połączenia warstw). Wykonano testy w środowisku SBF (simulated body fluid). Po 8 dniach inkubacji zaobserwowano na powierzchni próbek pojawienie się kalafiorowatych struktur apatytowych, a dodatkowo po 14 dniach narosły kryształy chlorkowe. Po przeprowadzonych analizach stwierdzono, że mimo niskich własności wytrzymałościowych drukowane struktury przestrzenne mogą służyć do zastosowań medycznych. Wystarczająca sztywność, odpowiednia porowatość a także biozgodność pozwala na ich zastosowanie jako rusztowań dla komórek - skafoldów. Dodatkową zaletą metody „Robocasting" jest możliwość wykonywania obiektów o dowolnych kształtach, dzięki czemu idealne dopasowanie implantu np.: do ubytku, który ma być wypełniony, nie nastręcza trudności. Dalsze badania będą nastawione na testy odpowiedzi komórkowej (in vitro i in vivo) w celu dokonania pełnego opisu materiału.

The purpose of this preliminary research was to investigate and describe mechanical properties, micro and macro structure and the behavior in immersion solution of 3D hydroxyapatite structures manufactured by "Robocasting". Three different macrostructures were printed and taken under investigation: fine grid, coarse grid and bulk material. It was observed that mechanical properties of such samples in comparison with natural bone are lower and deteriorate with porosity (the bigger macroporosity the lower mechanical properties). For structural analysis of printed and sintered samples scanning electron microscope (SEM) pictures were taken. No defects, bonding or other imperfection in the macrostructure were found. Material was fully homogenous even in layer-to-layer contact areas. Biological activity was tested in simulated body fluid (SBF). After 8 days of incubation SEM pictures revealed apatite structures formed on the samples' surface. Some chloride crystals were observed after 14 days. Analyses show that low mechanical properties are not decisive and do not exclude such structures from medical applications. Sufficient stiffness, appropriate porosity and biocompatibility allow to use them as scaffolds for bone cells growth. Another big advantage of "Robocasting" is an arbitrary shape of manufactured samples. It gives an opportunity to create scaffold (implant) perfectly fitted e.g. to fill the bone tissue defects. That is why consecutive research will be focused on more accurate tests (in vitro and in vivo) to fully describe of manufactured structures.