英國伯明翰大學(xué)《自然•通訊》:4D打印聚碳酸酯材料用于軟組織修復(fù)

來源：高分子科學(xué)前沿

3D打印因具有微米級(jí)分辨率的可再現(xiàn)、互連孔隙等特征，已經(jīng)成為克服傳統(tǒng)組織工程支架設(shè)計(jì)的加工和形態(tài)限制的最有前途的工具之一。然而，該領(lǐng)域當(dāng)前的一個(gè)顯著限制是缺乏能夠通過添加制造技術(shù)有效加工的合適材料，特別是在層集成光聚合方法中，以及長(zhǎng)期的體內(nèi)生物相容性。可降解生物材料的主要焦點(diǎn)是聚(左旋乳酸)(PLLA)因其在光聚合中的不良加工性及其酸性降解產(chǎn)物而受到限制。因此，亟需一種替代的合成材料平臺(tái)以平衡微創(chuàng)行為與營(yíng)養(yǎng)/廢物擴(kuò)散，并支持組織再生。
鑒于上述限制，伯明翰大學(xué)Andrew P. Dove等報(bào)道了一種基于聚碳酸酯的柔性脂肪彈性材料，此類材料通過光聚合作用形成支持性柔性組織工程材料，這種材料的4D可打印結(jié)構(gòu)特征，表現(xiàn)了形貌記憶功能，能夠作為柔性組織填充材料，能夠保持支持材料的結(jié)構(gòu)，在脂肪組織工程和修復(fù)方面非常有前景，相關(guān)工作以題為“4D polycarbonates via stereolithography as scaffolds for soft tissue repair”于近期發(fā)表在《Nature Communications》上，引起了廣泛關(guān)注。

文章亮點(diǎn)：
1. 理想的軟組織生物材料應(yīng)該是一種彈性的、柔順的、可降解的三維空隙填充結(jié)構(gòu)，它可以促進(jìn)組織滲透。為了實(shí)現(xiàn)可降解聚合物主鏈不發(fā)生酸性降解，同時(shí)保持對(duì)合成的良好控制，選擇了脂肪族環(huán)狀碳酸酯的有機(jī)催化開環(huán)聚合。使用立體平版印刷(DLP)工藝，所有的組合物都可以用于生產(chǎn)具有空隙填充裝置潛力的多孔支架。

△材料合成與選取及3D打印

2. 通過細(xì)胞相容性篩選，以便在最終支架開發(fā)之前評(píng)估材料組成因素。在直接和間接接觸試驗(yàn)中，在7天的時(shí)間內(nèi)(鼠成纖維細(xì)胞、鼠脂肪細(xì)胞、鼠巨噬細(xì)胞和人成纖維細(xì)胞)評(píng)估時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)于增殖或形態(tài)的顯著差異。所有細(xì)胞類型顯示良好的細(xì)胞擴(kuò)散和粘附。

△材料生物相容性測(cè)試

3. 基于碳酸酯的形狀記憶4D支架在斷鏈時(shí)是非酸性的，并且可以被3D打印到高度多孔的支架中，該支架在機(jī)械上合適的基底上提供結(jié)構(gòu)支撐，其中表面化學(xué)可以被改變。這允許生產(chǎn)自適應(yīng)支架，其在微創(chuàng)手術(shù)中將呈現(xiàn)軟組織空隙幾何形狀，而不會(huì)變形或?qū)χ車�組織施加壓力。隨著植入時(shí)間的推移，我支架將主要通過表面侵蝕機(jī)制水解和侵蝕，允許緩慢、連續(xù)的組織浸潤(rùn)，沒有酸中毒和機(jī)械故障。

△材料的溶脹和降解行為測(cè)試