گروه بین‌المللی متشکل از پژوهشگران موسسه ویس در دانشگاه هاروارد و مرکز درمان‌های احیایی برلین براندنبورگ و مرکز جراحی اسکلتی عضلانی شاریته در برلین، نشان داده‌اند که ساختارهای بهینه‌سازی شده زیست مکانیکی می‌توانند به بازسازی و بهبود استخوان‌ها کمک کنند.
القاء بازسازی استخوان در درمان نقایص استخوانی از اهمیت بسیاری برخوردار است. چنانچه پژوهشگران در بررسی‌های خود نشان داده‌اند، سرعت و اثربخشی فرآیند بازسازی و بهبود استخوان‌ها، به خصوص در ساختارهای استخوانی بزرگ، به نسبت سختی ایمپلنت‌های مورد استفاده بستگی دارد. یافته‌های این پژوهشگران در نشریه‌ی Science Transcription Medicine منتشر شده است.
درمان نقایص استخوان‌های بزرگ در اندام‌های فوقانی یا تحتانی در زمینه‌ی جراحی‌های مربوط به تروما (به عنوان مثال در نتیجه، ترومای حاد، عفونت و سرطان استخوان) هنوز مسئله‌ای چالش‌برانگیز است. نقص‌های استخوانی این نوع خود به خود برطرف نمی‌شوند و در موارد بسیار حاد به قطع اندام می‌انجامند. در این موارد، یک گزینه‌ی همیشه در دسترس، استفاده از بافت استخوانی خود بیمار برای تولید گرافت استخوانی با اندازه و استحکام مناسب است. با این حال، این روش اغلب، موفقیت‌آمیز نیست. گزینه‌ی درمانی دیگری توسط پژوهشگران مرکز جراحی اسکلتی عضلانی شاریته پیشنهاد داده شده است. در این روش درمانی، نقایص استخوانی با استفاده از ساختارهای توری تیتانیوم متناسب با بیمار فرد برطرف می‌شوند.
پژوهشگران در این روش از اطلاعات سی‌تی اسکن برای طراحی یک مدل سه‌بعدی از استخوان آسیب دیده و نقص استخوانی بهره بردند. سپس با استفاده از چاپگر سه‌بعدی با فناوری زینترینگ(پخت) لیزری، از این اطلاعات برای چاپ یک ساختار توری تیتانیوم مورد نیاز بیمار استفاده کردند و با جراحی این ساختار سفارشی‌سازی شده را در بدن بیمار ایپلمنت کردند. به گفته پژوهشگران، نتایج این روش درمانی، امیدوارکننده بوده است و در مجموع ۱۹ بیمار با استفاده از این نوع ایمپلنت‌ها درمان شده‌اند. پژوهشگران همچنین برای بهبود بازسازی استخوان، ساختار توری تیتانیوم را با بافت استخوانی بیمار، فاکتورهای رشد و مواد جایگزین استخوان پر کردند.
سرپرستی این گروه پژوهشی بر عهده‌ی دکتر آن ماری پوبلوت از مرکز جراحی اسکلتی عضلانی شاریته در برلین بود. او گفت:
ما ابتدا از مدل‌سازی‌های رایانه‌ای برای طراحی یک ساختار استاندارد با بهینه‌سازی زیست مکانیکی بهره بردیم. سپس با بهره بردن از یک مدل حیوانی توانستیم، اثرات واقعی آن را بر بازسازی استخوانی بررسی کردیم. از آنجایی که روند بازسازی استخوان در حیوانات بسیار شبیه به انسان است، توانستیم نتیجه‌گیری‌های مثبتی در خصوص نحوه بازسازی استخوان‌های انسان به دست آوریم.
ساختار بهینه‌سازی شده زیست مکانیکی دارای ساختار لانه زنبوری است که با منافذ خود به رشد استخوان بیمار کمک می‌کند. پژوهشگران سپس با تغییر قطر این ساختار لانه زنبوری، ساختارهایی با سختی‌های مختلف طراحی کردند.
پروفسور جورج دودا، معاون مرکز درمان‌های احیایی برلین براندنبورگ، گفت:
ما فرض کردیم که رشد مجدد استخوان تا حدی زیادی به سختی ساختار ایمپلنت شده بستگی دارد. بنابراین، برای بررسی اثرات تحریک مکانیکی در طی روند بازسازی استخوان، از چهار گروه آزمایشی با ایمپلنت‌های مختلف با سختی متفاوت بهره بردیم.
دکتر فیلیپ شواب، یکی دیگر از پژوهشگران این گروه پژوهشی، گفت:
حتی پس از سه ماه، شواهد رادیوگرافی ما نشان می‌دادند که ایمپلنت‌های نرم نسبت به ایمپلنت‌های سخت، رشد سریع استخوان را در واکنش به افزایش تحریک مکانیکی در پی‌دارند.
پژوهشگران هم اکنون در حال طراحی و ساخت ساختارهای بهینه‌سازی زیست مکانیکی با توری تیتانیومی نرم‌تر هستند. این روش بازسازی استخوانی ممکن است که در آینده‌ای نزدیک در جراحی‌های استخوانی مورد استفاده قرار گیرند. هر چند، به احتمال زیاد، این روش برای استخوان‌هایی طویلی همچون دست و پا مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما به نظر نمی‌رسد، این روش برای جراحی‌های نخاعی، دهان و فک فوقانی محدودیت‌هایی داشته باشد.