Umjesto višemjesečnog čekanja na zacjeljivanje uz pomoć pločica, vijaka i cementnih ispuna, u budućnosti bi kirurzi mogli popravljati frakture specijalnim biološkim ljepilima ili pak uređajem koji izravno u prijelom 3D-ispisom unosi materijal što potiče regeneraciju kosti, smanjuje rizik od infekcija i ubrzava oporavak. Ono što sada djeluje kao prototip iz laboratorija, moglo bi u idućem desetljeću postati standardan alat u operacijskim salama.

Kako funkcionira koštani 3D-printer

Kada kost pukne, tijelo se upušta u mukotrpan proces obnove. Stanice na mjestu prijeloma najprije stvaraju hrskavičnu „premosnicu“ koja spaja ulomke, zatim se ta privremena struktura postupno mineralizira i pretvara u tvrđu kost, dok krvne žile i imunosne stanice istodobno osiguravaju opskrbu hranjivim tvarima i uklanjanje oštećenih dijelova. Sve to traje tjednima ili mjesecima, a za to vrijeme pacijent se nosi s imobilizacijom, vijcima ili metalnim pločicama koje učvršćuju fragmente i omogućuju donekle stabilno zacjeljivanje. Zbog toga je dobrodošlo svako rješenje koje može ubrzati ili olakšati prirodni proces reparacije kosti.

Temelj nove južnokorejske tehnologije „živog“ 3D-printanja kostiju čini poseban filament sastavljen od polikaprolaktona (PCL), biorazgradive plastike koja se tali na relativno niskim temperaturama, i hidroksiapatita, minerala koji prirodno čini glavnu komponentu ljudske kosti. Kada kirurg tijekom zahvata aktivira uređaj, materijal se taloži izravno na mjestu loma i u roku od četrdesetak sekundi hladi i stvrdnjava na tjelesnu temperaturu. Time se stvara privremena čvrsta struktura koja daje stabilnost, a potom se postupno razgrađuje dok ju u potpunosti ne zamijeni nova kost.

Filament dodatno sadrži i antibiotike, primjerice vankomicin ili gentamicin, koji se polako oslobađaju u neposrednom okruženju loma i time sprječavaju razvoj infekcija – komplikacije koje u ortopediji često dovode do ozbiljnih posljedica, posebice ako su izazvane bolničkim superbakterijama koje su sposobne razgrađivati PCL i hraniti se njime.

Za razliku od metalnih implantata, koji nerijetko zahtijevaju naknadno vađenje, ovdje nema potrebe za dodatnim zahvatom jer se materijal potpuno resorbira. Pokusi provedeni na zečevima pokazali su da metoda ne oštećuje okolna tkiva, ubrzava stvaranje nove kosti i osigurava bolju integraciju nego uobičajeni koštani cement.

Prednosti i potencijal

Najveća vrijednost ovoga pristupa leži u činjenici da se usadak (graft) oblikuje izravno u tijelu, točno prema nepravilnostima samog prijeloma. U klasičnoj kirurgiji graft ili ispuna mora se oblikovati unaprijed, često na temelju snimki i procjena, što ne jamči potpunu prilagodbu. Kod složenih prijeloma s mnogo fragmenata to zna biti posebno izazovno. Sustav 3D-ispisa omogućava kirurgu da u realnom vremenu oblikuje strukturu koja savršeno odgovara postojećem defektu, čime se postiže veća stabilnost i brže prianjanje novog tkiva.

Operacije se ujedno skraćuju, a manji gubitak krvi i kraće vrijeme provedeno u sali smanjuju rizik komplikacija. Lokalno oslobađanje antibiotika donosi sigurnost ondje gdje je najpotrebnija, a cijeli proces zacjeljivanja postaje brži i predvidljiviji. Budući da materijal nestaje kako nova kost preuzima ulogu, nema potrebe za dodatnim zahvatima, što značajno rasterećuje i pacijenta i zdravstveni sustav.

Izazovi i nepoznanice

Ipak, treba naglasiti da su svi rezultati dosad dobiveni u pretkliničkim ispitivanjima. Iako pokusi na životinjama pružaju nadu, otvorena su pitanja kako će se sustav ponašati kod ljudi, posebice kod starijih osoba, bolesnika s osteoporozom ili pacijenata s lošom vaskularizacijom. Još nije jasno izdržava li materijal dugotrajna mehanička opterećenja, razgrađuje li se u istom ritmu kojim kost raste i može li izazvati neželjene imunosne reakcije. Regulativa i certifikacija tražit će stroge dokaze sterilnosti, sigurnosti i konzistentnosti.

Ne smije se zanemariti ni ekonomska dimenzija. Ako uređaj i pripadajući materijali budu preskupi, bolnice će se teško odreći dobro uhodanih, jeftinijih metoda. Edukacija kirurga također će biti ključna, jer ovakav „print-pištolj“ zahtijeva precizno rukovanje i iskustvo koje se ne može svesti na jednostavno stiskanje tipke. U konačnici, nova tehnologija morat će dokazati da donosi ne samo brži, nego i jeftiniji i sigurniji oporavak.

Alternativna ideja: ljepilo za kosti

Dok južnokorejski tim razvija uređaj koji ispisuje koštani materijal, kineski znanstvenici odlučili su se za drugačiji pristup. Njihovo rješenje inspirirano je školjkama, osobito dagnjama, koje u vlažnim i slanim uvjetima izlučuju posebne proteinske i polifenolne tvari kako bi se čvrsto pričvrstile za stijene ili druge tvrde podloge.

Ta prirodna ljepila stvaraju vezu otpornu na jake morske struje, pijesak i valove, pa je ideja bila prenijeti taj mehanizam u medicinsku primjenu. Za razliku od 3D-ispisa, riječ je o tvari koja poput ljepila povezuje fragmente kosti i drži ih stabilno i čvrsto povezanima već nekoliko minuta nakon nanošenja.

Rezultat je bio „Bone-02“, biološko ljepilo koje spaja fragmente kosti u svega nekoliko minuta i potom se razgrađuje, prepuštajući mjesto novom tkivu. Testovi su pokazali da takva veza može podnijeti vrlo visoke sile i pritiske, što ga čini prikladnim za manje prijelome i spajanje sitnijih fragmenata.

No i ovdje ostaju slična pitanja: koliko je materijal uistinu biokompatibilan, hoće li dugoročno ostati stabilan i može li u potpunosti izbjeći toksične učinke u ljudskom organizmu. Ako se pokaže sigurnim, bio-ljepilo bi moglo postati brz i praktičan način za popravljanje manjih fraktura u kojima nije potrebno oblikovati veći graft.

Pogled u budućnost

Ako ovakvi sustavi dobiju kliničko odobrenje i pokažu se sigurnima, ortopedija bi mogla doživjeti ozbiljan zaokret. Pacijenti bi umjesto višemjesečnog oporavka i čestih ponovnih zahvata mogli računati na brže cijeljenje, manji rizik komplikacija i kvalitetniji povratak svakodnevnim aktivnostima. Bolnice bi smanjile troškove, a kirurzi dobili alate koji im pružaju veću fleksibilnost i preciznost.

Ipak, od laboratorija do rutinske primjene proći će još nešto vremena: bit će potrebno provesti detaljnija klinička ispitivanja, riješiti regulatorne prepreke i prilagoditi sustave ekonomskim okvirima zdravstvene skrbi. Ali već i sama činjenica da je postalo moguće 3D-printati unutar tijela i koristiti prirodom inspirirana ljepila pokazuje koliko je medicina ušla u područje koje do jučer nije bilo ni zamislivo.

Pištolj za printanje kostiju i ljepilo za popravak koštanih lomova možda zvuče kao dosjetka iz SF-stripova, ali mogle bi se u dogledno vrijeme pretvoriti u važna pomoćna oruđa moderne kirurgije.