3D打印實現(xiàn)斷骨再生，將會徹底改變再生醫(yī)學

文章來源：賢集網(wǎng)

近幾十年來，醫(yī)學科學取得了重大進展，為以前難以治療的疾病提供了創(chuàng)新的解決方案。發(fā)表的一個研究，展示了一種使用 3D 打印再生骨組織的方法，可以徹底改變再生醫(yī)學。

再生醫(yī)學是醫(yī)學科學的一個分支，開發(fā)療法來替代因疾病、缺陷或損傷而受損的組織、器官和細胞。這是一個全新的醫(yī)學科學領(lǐng)域，有望為以前難以治療的疾病和受傷的患者提供幫助。

納米結(jié)構(gòu)的生物活性材料，由于其再生能力而在該領(lǐng)域受到關(guān)注。它們復制了天然組織的特性并模仿了它們的結(jié)構(gòu)。這些先進的醫(yī)療材料可以使用 3D 打印和其他技術(shù)進行加工和應用。

再生骨組織：一項重要的醫(yī)學進展

衰老會導致漸進的健康問題。骨質(zhì)疏松癥等疾病會隨著患者年齡的增長而發(fā)生，給個人帶來痛苦并增加醫(yī)療保健負擔。傳統(tǒng)治療包括骨移植，除此之外，其他方法無法模仿天然組織的特性和結(jié)構(gòu)。出于這個原因，包括骨組織工程在內(nèi)的幾個新的研究領(lǐng)域已經(jīng)被開發(fā)出來。

骨組織工程領(lǐng)域涉及支持骨骼生長和誘導再生的仿生裝置的開發(fā)。先進的生物活性材料被 3D 打印成功能支架，用于骨組織工程技術(shù)。

這些與靶組織相互作用并誘導治療反應。復合材料基于 1 型膠原蛋白和羥基磷灰石（也常用于牙科），因為它們是骨組織的主要成分。

復合仿生材料產(chǎn)生整骨反應，誘導生長、增殖甚至分化。這導致骨組織的再生。骨組織工程領(lǐng)域材料制造中常用的3D打印技術(shù)是擠壓成型。這是由于其多功能性和可擴展性。然而，在制造用于骨再生應用的堅固耐用的仿生材料方面仍然存在幾個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。


△GEN-Coll/nanoHA (B) 和 GEN-Coll/MBG_Sr4% (C) 在 10 °C 下的粘度 (A) 和粘彈性特性的變化

1 型牛膠原蛋白是再生受損或患病骨組織的有前途的材料。這些生物活性材料包含功能豐富的納米粒子，并且可以使用支撐浴輕松進行 3D 打印。但是，它們的使用存在一些問題。它們在印刷過程后難以完全去除，用于改善其支架結(jié)構(gòu)完整性的交聯(lián)劑，會導致幾何清晰度的喪失和印刷結(jié)構(gòu)的部分坍塌。

需要替代工藝來克服這些生物材料的局限性。

現(xiàn)在，研究團隊提出了一種基于牛膠原蛋白制造更強、更合適的生物活性材料的方法，這將有助于徹底改變?nèi)祟惞墙M織再生技術(shù)。

論文中報道的過程旨在改善牛膠原蛋白形成的特性。將交聯(lián)劑添加到印刷配方中，然后再將它們從支撐浴中取出。選擇的交聯(lián)劑是京尼平，它通過觸發(fā)原位交聯(lián)提高了膠原蛋白 3D 打印支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

用于支撐浴的溶液是海藻酸，研究發(fā)現(xiàn)海藻酸維持了膠原材料的 3D 打印結(jié)構(gòu)，并且在 37 o C 下易于去除 ，這允許穩(wěn)定處理具有高分辨率幾何結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。該方法是使用先前建立的協(xié)議開發(fā)的。


△在 37°C 下孵育 3 小時和 24 小時后，在 GEN-Col/nanoHA 上進行幅度掃描測試（A、C）和溫度斜坡（B、D）

選擇蜂窩和網(wǎng)格幾何形狀來評估材料的可印刷性。用不同的參數(shù)進行了幾次試驗，以提供良好的控制水平并提供對結(jié)果的理解。每個參數(shù)對打印保真度和最終腳手架結(jié)構(gòu)分辨率的影響構(gòu)成了變化的基礎(chǔ)。

該研究得出的結(jié)論是，這些參數(shù)需要微調(diào)才能達到預期的結(jié)果，因為它們是相互交織的。

打印支架的視覺分析證實，打印過程成功實現(xiàn)了幾何復制。產(chǎn)生了明確的線和孔。凍干后通過 FE-SEM 分析形態(tài)，表明納米顆粒成功分布在基質(zhì)中。

這些結(jié)果表明，采用該工藝進行 3D 打印膠原材料顯示出其在骨組織再生方面的良好效果。