天津大學(xué)劉文廣教授課題組、中科院先進(jìn)技術(shù)研究院的阮長(zhǎng)順副研究員、香港大學(xué)李嘉誠(chéng)醫(yī)學(xué)院的呂維加教授課題組日前在ACS Biomaterials Science & Engineering上發(fā)表了一篇介紹專用于支持骨細(xì)胞生長(zhǎng)的3D打印材料的文章:3D-printed high strength bioactive supramolecular polymer/clay nanocomposite hydrogel scaffold for bone regeneration,論文的第一作者為翟欣昀博士。
該聚(N-丙烯;拾滨0)—粘土(PNAGA-Clay)納米復(fù)合水凝膠的研究首次將三維打印高強(qiáng)度水凝膠支架應(yīng)用于骨組織修復(fù)中。
水凝膠廣泛用于組織再生,因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)與生物體內(nèi)天然的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)相似。其作用都是為周?chē)幕罴?xì)胞提供結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)。支撐結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)環(huán)境因組織類(lèi)型而異,例如動(dòng)脈需要管狀結(jié)構(gòu),骨細(xì)胞則在多孔材料中繁殖得更好。
凝膠中PNAGA側(cè)鏈雙酰胺多重氫鍵作用,賦予了該凝膠體系優(yōu)異的力學(xué)性能——打印出的支架可以被隨意彎折,甚至能承受汽車(chē)車(chē)體的碾壓且能迅速恢復(fù)原貌,承受高壓后的支架結(jié)構(gòu)保持良好。同時(shí),該凝膠支架在PBS溶液中長(zhǎng)期浸泡后,不會(huì)發(fā)生明顯溶脹且穩(wěn)定性良好,該特性對(duì)于三維打印水凝膠支架后形貌的保持至關(guān)重要。
本研究通過(guò)利用3D打印的方式注入凝膠和粘土顆!环N與人骨自然相似的材料,用于治療不同程度的骨折。材料的基礎(chǔ)是氫鍵,通過(guò)紫外線反應(yīng)及可附著的分子,顯示出高度靈活的機(jī)械性能。研究人員通過(guò)添加不同量的粘土顆粒來(lái)控制材料的結(jié)構(gòu)和流動(dòng)之間的平衡。
打印體系中納米粘土作為物理交聯(lián)劑的引入在進(jìn)一步提高凝膠支架力學(xué)強(qiáng)度的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了常溫下先打印后聚合的易于操作的三維打印方法,且打印后的三維支架在光引發(fā)聚合前結(jié)構(gòu)保持良好,不會(huì)發(fā)生塌陷。更重要的是體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)均表明,納米粘土中含有的活性離子,可以促進(jìn)成骨細(xì)胞在支架上的增殖以及分化,并有效地促進(jìn)新生骨組織在缺損部位甚至支架內(nèi)部的生長(zhǎng)。
總而言之,氫鍵單體與各種生物活性無(wú)機(jī)納米粒子的3D打印將為用于治療精確和個(gè)體化修復(fù)骨缺損和退化構(gòu)建承載組織工程支架開(kāi)辟新的途徑。
原文鏈接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsbiomaterials.7b00224
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