《Nature Communications》立體光刻4D 聚碳酸酯作為軟組織修復(fù)支架

來(lái)源：高分子材料科學(xué)

摘要：3D 打印已成為克服傳統(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，需要改進(jìn)的微創(chuàng)、空隙填充材料以提供機(jī)械支撐、生物相容性和表面侵蝕特性，以確保在愈合過(guò)程中一致的組織支撐。

最近，英國(guó)伯明翰大學(xué)Andrew C. Weems、Andrew P. Dove教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了軟的、彈性脂肪族聚碳酸酯基材料，為經(jīng)過(guò)光聚合形成支撐性軟組織工程支架。打印支架的 4D 特性體現(xiàn)在它們的形狀記憶特性上，這使它們能夠填充模型軟組織空隙而不會(huì)使周圍材料變形。在體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)脂肪細(xì)胞小葉在 2 個(gè)月內(nèi)滲入表面侵蝕支架，同時(shí)觀察到新血管形成。值得注意的是，減少的膠原膠囊厚度表明這些支架在脂肪組織工程和修復(fù)方面非常有前景。相關(guān)論文以題為4D polycarbonates via stereolithography as scaffolds for soft tissue repair發(fā)表在《Nature Communications》上。

主圖導(dǎo)讀

    圖 2：材料配方和 3D 打印。凝膠時(shí)間，對(duì)應(yīng)于樹脂的光流變相變行為研究 (a) 和烯烴單體通過(guò)硫醇-烯自由基反應(yīng)轉(zhuǎn)化為含硫醚的物質(zhì) (b) 在 340–430 nm 和 10 mW·cm−2 輻照下 30 s 對(duì)于不同的樹脂成分。多孔支架在數(shù)字光處理 (DLP) 3D 打印過(guò)程中被還原為 2D 圖像和光交聯(lián) (c)，并用于產(chǎn)生與 CAD 效果圖相同的多孔結(jié)構(gòu)（示例原型的象形圖，比例尺 = 2 mm (d) 和顯微 CT 代表圖像，比例尺 = 500 μm (e)。

    圖 3：細(xì)胞對(duì)聚碳酸酯基材料的反應(yīng)。PTMPTX (a, c) 和 PNTCTX 支架 (b, d) 的脂肪細(xì)胞 (a, b) 和成纖維細(xì)胞 (c, d) 的代表性圖像。增殖 7 天后，脂肪細(xì)胞在頂部 (e) 和底部 (f) 的 3D PTMPTCX 支架上的共聚焦圖像。具有代表性的印刷階梯金字塔結(jié)構(gòu)（具有光滑的玻璃表面鑄造和交替階梯設(shè)計(jì)），來(lái)自兩個(gè)表面的相應(yīng)圖像疊加以顯示 7 天（g）后的細(xì)胞（前成骨細(xì)胞）遷移，顯示之間沒(méi)有差異 表面形態(tài)和細(xì)胞增殖。

圖 4：聚碳酸酯基材料的熱機(jī)械性能。

圖 5：形狀記憶行為。

圖 6：3D 打印材料的膨脹和降解行為。

    圖 7：組織病理學(xué)分析。來(lái)自 PLLA 對(duì)照材料在 1 個(gè)月（a）和 4 個(gè)月（e）與 PTMPTCX 膜同時(shí)（b、f）的代表性組織學(xué)圖像。4 個(gè)月后，PTMPCX (c, g) 和 PNTCTX (d, h) 打印支架的 Masson 三色 (c, d) 和 H&E (g, h) 圖像，以及相應(yīng)的組織學(xué)評(píng)分和評(píng)估。

總結(jié)
總之，可印刷性、形狀記憶、表面侵蝕和優(yōu)異的生物相容性的獨(dú)特組合，再加上調(diào)節(jié)所得聚碳酸酯的熱機(jī)械性能的能力，使它們能夠在組織工程的各種應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。這種設(shè)計(jì)合理的材料允許使用光聚合增材制造輕松合成和有效加工合成聚合物組織支架。這開(kāi)啟了醫(yī)療保健、制造和治療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，旨在提高患者的生活質(zhì)量。這些基于聚碳酸酯的系統(tǒng)的多功能性可以使其應(yīng)用擴(kuò)展到腹腔鏡設(shè)備設(shè)計(jì)或調(diào)整用于導(dǎo)管等應(yīng)用以及用于心血管、腎臟或肝臟手術(shù)的其他微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)，其中可注射或需要可壓縮的支架和貼片。

參考文獻(xiàn)：
doi.org/10.1038/s41467-021-23956-6