Para ilmuwan di Universitas New South Wales telah membuat kemajuan signifikan dalam mengembangkan perancah cetak 3D yang sangat mirip dengan sifat mekanik tulang alami. Terobosan ini mengatasi tantangan yang sudah lama ada di bidang kedokteran: menciptakan pengganti tulang buatan yang memiliki kinerja sama baiknya, atau lebih baik dari, implan logam atau cangkok tulang yang sudah ada. Perancah baru ini menunjukkan kekuatan, porositas, dan dinamika fluida yang unggul, menjadikan regenerasi tulang fungsional semakin mendekati kenyataan.
Masalah Penggantian Tulang Saat Ini
Metode tradisional untuk memperbaiki tulang yang rusak sering kali mengandalkan implan logam atau cangkok tulang. Implan logam, meskipun kuat, bisa menjadi terlalu kaku dan memberi tekanan pada jaringan di sekitarnya. cangkok tulang, yang diambil dari bagian lain tubuh pasien atau dari donor, ketersediaannya terbatas dan memiliki risiko penolakan atau infeksi. Pencetakan 3D menawarkan jalan keluar dari keterbatasan ini, namun mereplikasi struktur tulang yang kompleks terbukti sulit.
Tulang alami ringan dan kuat, dengan struktur berpori yang mendukung pertumbuhan sel dan aliran cairan. Upaya awal pada perancah cetak 3D sering kali gagal menyeimbangkan kualitas ini, baik rusak karena tekanan atau tidak memiliki porositas yang diperlukan untuk integrasi jaringan.
Meniru Desain Alam
Para peneliti mengatasi rintangan ini dengan mempelajari arsitektur tulang alami. Tulang asli tidak seragam; ia bertransisi secara bertahap dari daerah padat yang menahan beban ke daerah yang lebih ringan seperti spons. Tim mereplikasi struktur bertingkat ini menggunakan asam polilaktat (PLA), plastik yang biokompatibel dan dapat terurai secara hayati.
“Kami menggunakan pendekatan desain yang terinspirasi oleh tulang alami. Pada tulang, strukturnya berubah secara bertahap dari area padat ke area yang lebih terbuka. Kami menciptakan kembali ide ini dengan mencetak perancah dengan struktur bertingkat ke berbagai arah.” – Dr
Perancah yang dihasilkan, dengan porositas sekitar 55%, menunjukkan kinerja luar biasa dalam uji mekanis. Implan ini 60% lebih kuat dan 16% lebih kaku saat terkena benturan mendadak dibandingkan dengan tekanan yang lambat dan stabil, sehingga berpotensi ideal untuk implan penahan beban. Arah struktur bergradasi juga memengaruhi pola rekahan, memberikan desainer cara lain untuk menyempurnakan sifat material.
Aliran Cairan dan Implikasinya di Masa Depan
Yang penting, cairan dialirkan melalui perancah dengan cara yang sangat mirip dengan tulang alami, yang sangat penting untuk pengiriman nutrisi dan pembuangan limbah selama penyembuhan. Meskipun perancah ini belum memiliki kemampuan penyembuhan diri atau adaptasi seperti tulang hidup, perancah ini mewakili sebuah langkah maju yang besar.
Para peneliti mengantisipasi penggunaan klinis dalam waktu 5 hingga 10 tahun, sambil menunggu pengujian lebih lanjut dan persetujuan peraturan. Awalnya, alat ini dapat digunakan dalam penelitian dan pemodelan khusus pasien, yang pada akhirnya dapat digunakan sebagai pengganti cacat tulang besar di area seperti tulang paha. Tim tersebut kini berfokus pada desain biomimetik yang lebih mirip dengan struktur tulang alami, termasuk pola dan gradasi yang kompleks.
Penelitian ini menyoroti potensi pencetakan 3D untuk merevolusi regenerasi tulang, menawarkan masa depan di mana implan buatan tidak hanya dapat mendukung tetapi juga mengintegrasikan dengan proses penyembuhan alami tubuh.
