Project Profibone: From Design & Development to Cranioplasty Application of 3D Printed Bone Implants

Projekt Profibone: Od návrhu a vývoje po kranioplastiku Aplikace 3D tištěných kostních implantátů

abstract

Czech

In the ongoing project profiBONE project we have established close multidisciplinary cooperation between Czech and Icelandic partners. Our primary focus is on researching and developing biofunctionalized polymer-ceramic ink for low-temperature 3D printing of patient-specific bone implants. The objective is to enhance the mechanical strength, degradation resistance, osteoinductive properties, and antibacterial effectiveness of bone implants. We achieve this by modifying the ceramic cement with a binder derived from biodegradable synthetic polymers, bioactive polysaccharides, and proteins. Our entire 3D printing process occurs at laboratory temperature, followed by curing at 37°C. This allows us to directly incorporate bioactive additives into the paste during printing without compromising their biological activity. Our findings reveal that varying compositions and internal structures not only significantly influence the resulting mechanical properties but also impact the suitability for cell seeding. Moreover, bioactive compounds need to be encapsulated in order to suppress their undesirable interactions with ceramic matrix inhibiting their controlled release. To assess osseointegration properties, we utilized a rat femur bone defect model and a novel rat parietal cranial bone defect model. This presentation provides an overview of the current advancements in bone replacement development within the profiBONE project, highlighting the successes and challenges encountered in creating 3D-printed bioactive bone scaffolds.

V probíhajícím projektu profiBONE jsme navázali úzkou multidisciplinární spolupráci mezi českými a islandskými partnery. Naším hlavním zaměřením je výzkum a vývoj biofunkcionalizovaného polymer-keramického inkoustu pro nízkoteplotní 3D tisk kostních implantátů specifických pro pacienta. Cílem je zvýšit mechanickou pevnost, odolnost proti degradaci, osteoindukční vlastnosti a antibakteriální účinnost kostních implantátů. Toho dosáhneme modifikací keramického cementu pojivem odvozeným z biologicky odbouratelných syntetických polymerů, bioaktivních polysacharidů a proteinů. Celý náš proces 3D tisku probíhá při laboratorní teplotě, po které následuje vytvrzení při 37°C. To nám umožňuje přímo zapracovávat bioaktivní přísady do pasty během tisku, aniž by byla ohrožena jejich biologická aktivita. Naše zjištění odhalují, že různé složení a vnitřní struktury nejen významně ovlivňují výsledné mechanické vlastnosti, ale také ovlivňují vhodnost pro nasazování buněk. Kromě toho je třeba, aby bioaktivní sloučeniny byly enkapsulovány, aby se potlačily jejich nežádoucí interakce s keramickou matricí inhibující jejich řízené uvolňování. K posouzení osseointegračních vlastností jsme použili model kostního defektu stehenní kosti potkana a nový model defektu parietální kraniální kosti potkana. Tato prezentace poskytuje přehled současných pokroků ve vývoji kostních náhrad v rámci projektu profiBONE a zdůrazňuje úspěchy a výzvy, se kterými se setkáváme při vytváření 3D tištěných bioaktivních kostních skafoldů.

bone cement, low-temperature 3D printing, bioactive compounds, osseointegration, rat femur bone defect, rat parietal cranial bone defect

kostní cement, nízkoteplotní 3D tisk, bioaktivní sloučeniny, osseointegrace, kostní defekt stehenní kosti potkana, defekt parietální kraniální kosti potkana

VOJTOVÁ, L.; HLINÁKOVÁ, K.; LYSÁKOVÁ, K.; KADLECOVÁ, Z.; MENČÍK, P.; VIŠTEJNOVÁ, L.; KLEIN, P.; CHUEN HOW, N.; ÖRLYGSSON, G.

25. 4. 2024

Praha

978-80-01-07293-6

Bioimplantologie a regenerativní medicína 2024

1. elektronické

17

17

59

https://921c88450d.clvaw-cdnwnd.com/17e12706bb26b88046060a8921d16f31/200000499-73ed673ed8/bioimplantologie_2024_sbornik.pdf?ph=921c88450d