一种新的3D打印可定制水凝胶在与几种不同类型的半月板撕裂的临床前试验中表现良好。半月板撕裂是常见的膝关节损伤，由于修复选项有限，长期以来令患者和医生感到沮丧。根据宾夕法尼亚大学Perelman医学院研究人员在《生物活性材料》上发表的临床前研究结果，一种由牛半月板制成的新型3D打印水凝胶可能会改变这些损伤的愈合方式。
半月板是一个复杂的结构，其在膝关节中作为关键的减震器，而一刀切的治疗方法并不总是有效。通过创建一种适应不同患者需求的治疗方法，这些研究人员相信他们可能已经找到了一种更好的修复方法，无论损伤发生在半月板的哪个位置。
“我们开发了一种可以根据患者的年龄和受损组织的刚度要求进行调整的水凝胶，这很重要，因为半月板具有不同的生化和生物力学特性，依据组织的位置而异，”研究的资深作者、宾大McKay骨科研究实验室的骨科手术助理教授Su Chin Heo博士表示。“目前的治疗方法，包括基于移植物的方法，并没有完全重现这些复杂的差异，导致愈合不良。”
水凝胶是柔性、吸水的材料，通常在日常产品中使用，如隐形眼镜和婴儿尿布。研究人员首先从供体牛的半月板组织中提取蛋白质，开发了一种专门的水凝胶。这些蛋白质随后引导新细胞转变为受损半月板的正确类型的修复细胞，并用作治疗结构的基础。
为了防止被排斥，该团队在保留其结构框架的同时，从牛组织中去除了细胞成分。这个“去细胞化”过程减少了植入时的免疫反应风险，使治疗更加安全和有效。
为了进一步定制这些水凝胶，Heo和他的研究同事使用3D打印技术来考虑半月板组织中的差异。这样，他们可以更精确地匹配他们试图修复区域的组织。不匹配的组织可能愈合不好。
“在我们的动物研究中，我们已看到水凝胶与周围组织良好结合，可能为患者提供更完整的恢复，”研究的第一作者、McKay实验室的博士后研究员Se-Hwan Lee博士说。“这是一种更精确、生物匹配的解决方案。我们相信它可以胜过目前的治疗。”
该团队现在正从小型哺乳动物研究过渡到大型动物模型。
“我们的第一个临床目标将是治疗较小、局部的半月板撕裂，”Heo说。“一旦我们在这一方面取得成功，我相信我们可以扩展到半月板的更复杂损伤。”
该研究得到了美国国立卫生研究院（K01 AR07787、R21 R077700、P30 AR069619、R01 AR056624、R01 HL163168）、国家科学基金会（CMMI 1548571）以及美国退伍军人事务部CReATE运动中心（I50 RX004845）的资助。它还得到了韩国健康技术研发项目的支持，通过韩国健康产业发展院（KHIDI）资助，由卫生福利部（HI19C1095）和韩国国家研究基金会（NRF）资助的国家研发项目（RS-2024-00405574）支持。
