中科院開發(fā)生物3D打印BBG-海藻酸鈉，可制造更復(fù)雜的骨和軟組織植入物

2024年9月5日，南極熊獲悉，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院近期發(fā)布的一項(xiàng)研究表明，硼酸鹽生物活性玻璃 (BBG)，尤其是與海藻酸鈉 (SA) 結(jié)合時(shí)，可提高 3D 生物打印的精度和生物相容性。通過控制釋放鈣離子，BBG 在改善海藻酸鈉的自凝固方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，使其成為復(fù)雜生物打印應(yīng)用（包括骨骼和軟組織植入物）的有前途的材料。

△來自制造商 Mo-Sci 的生物活性玻璃

相關(guān)研究以題為“Borate bioactive glass enhances 3Dbioprinting precision and biocompatibility on a sodium alginate platform viaCa2+ controlled self-solidification “的論文發(fā)表在《InternationalJournal of Biological Macromolecules》期刊上，

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.134338

將硼酸鹽生物活性玻璃 (BBG) 整合到海藻酸鈉 (SA) 中可能代表 3D 生物打印的重大進(jìn)步。海藻酸鈉是一種天然聚合物，由于其生物相容性和價(jià)格實(shí)惠而常用于 3D 生物打印。然而，傳統(tǒng)的海藻酸鈉平臺(tái)面臨著打印精度低和凝膠化不均勻等挑戰(zhàn)，尤其是在使用后處理鈣離子溶液固化打印結(jié)構(gòu)時(shí)。

生物活性玻璃是一組表面反應(yīng)性玻璃陶瓷合成骨移植生物材料，包括原始生物活性玻璃Bioglass。這些玻璃的生物相容性和生物活性使它們被用作人體植入裝置，以修復(fù)和替換患病或受損的骨骼。大多數(shù)生物活性玻璃都是硅酸鹽基玻璃，可在體液中降解，可作為輸送有益于愈合的離子的載體。生物活性玻璃與其他合成骨移植生物材料（例如羥基磷灰石、雙相磷酸鈣、硫酸鈣）的不同之處在于，它是唯一具有抗感染和血管生成特性的材料。

△通過電子顯微鏡觀測(cè)到的生物活性玻璃

自 21 世紀(jì)初以來，硼酸鹽生物活性玻璃 (BBG) 已在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面得到廣泛研究。迄今為止的研究表明，與硅酸鹽玻璃相比，BBG通常表現(xiàn)出更優(yōu)異的生物活性和骨愈合能力。它們還顯示出作為治療感染或骨質(zhì)疏松癥等疾病的藥物輸送系統(tǒng)的潛力。此外，BBG非常適合傷口愈合，市售的（FDA 批準(zhǔn)的）微纖維 BBG 敷料已經(jīng)用于治療慢性傷口。修改離子可以進(jìn)一步增強(qiáng) BBG 的骨骼和傷口愈合能力。例如，添加銅離子已被證明可以顯著促進(jìn)傷口愈合中的血管形成，而鎂、鍶和鈷等離子可以改善骨愈合。最近的研究還探索了 BBG 用于神經(jīng)和肌肉再生，軟骨再生被認(rèn)為是一種有前途的未來應(yīng)用。

根據(jù)這項(xiàng)新研究，BBG 通過在 3D 生物打印應(yīng)用中通過控制釋放鈣離子引入自凝固效應(yīng)，提供了一種新穎的解決方案。這不僅改善了材料的流變性能，還提高了打印結(jié)構(gòu)的精度和穩(wěn)定性。BBG-SA 水凝膠在打印過程中凝固，無需在打印后進(jìn)行鈣浸漬。結(jié)果是更高的結(jié)構(gòu)精度和更少的收縮，使其成為創(chuàng)建復(fù)雜生物結(jié)構(gòu)的理想選擇。

除了提高 3D 打印精度外，BBG-SA水凝膠還具有出色的生物相容性。它們支持細(xì)胞粘附和增殖，對(duì)組織工程至關(guān)重要，甚至促進(jìn)成骨分化，這對(duì)骨再生至關(guān)重要。

BBG-SA 水凝膠的機(jī)械穩(wěn)定性和生物活性增強(qiáng)，使其成為組織工程、再生醫(yī)學(xué)甚至生物相容性電子設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用的有前途的材料。通過提供更好的凝膠控制和更好的打印后結(jié)構(gòu)完整性，BBG-SA 水凝膠將繼續(xù)為骨骼和軟組織植入物的生物打印技術(shù)開辟新的可能性。