美國西北大學(xué)研發(fā)出高韌性3D打印陶瓷油墨，可更好促進(jìn)骨骼再生

人體骨骼如果因外傷、疾病等原因而出現(xiàn)缺損或病變，常見的治療方式是通過手術(shù)將植入物植入到人體。從制造植入物的材料角度，骨科植入物主要分為金屬植入物、高分子材料植入物以及陶瓷植入物。陶瓷植入物又包括了氮化硅、氧化鋁、羥基磷灰石等種類，其中羥基磷灰石等陶瓷材料具有良好的生物相容性，在植入到體內(nèi)之后將逐漸被人體降解吸收，生物工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家們利用此類陶瓷材料的特點(diǎn)研發(fā)出用于修復(fù)骨骼缺損的陶瓷生物支架。

若要順利完成骨骼修復(fù)的任務(wù)，支架材料除了應(yīng)具有良好的生物相容性之外，還需要具有促進(jìn)骨骼再生的能力，近日美國西北大學(xué)的材料科學(xué)家在這個(gè)領(lǐng)域取得了進(jìn)展，他們研發(fā)出一種適合3D打印的羥基磷灰石材料，該材料被加入了一定比例的乳酸-羥基乙酸，這讓3D打印的支架在無需添加生長因子的情況下也具有良好的骨骼再生促進(jìn)能力，并且擁有更高的韌性。

來自美國西北大學(xué)材料科學(xué)系的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在3D打印領(lǐng)域頗具經(jīng)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人Ramille Shah 教授在2015年曾帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)參與了3D打印石墨烯材料在電子和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，Shah 教授還參與了3D打印清潔燃料電池的研究項(xiàng)目。

研究團(tuán)隊(duì)表示盡管促進(jìn)再生的生物材料已得到了大量關(guān)注和發(fā)展，但目前的材料在迅速促進(jìn)骨骼再生的能力和生產(chǎn)能力方面仍有不足之處，他們的目標(biāo)是在這方面有所突破，并使材料適合3D打印，未來可以讓醫(yī)生在醫(yī)院的實(shí)驗(yàn)室中通過3D打印機(jī)快速制造出所需的骨骼支架。

為了解決這些問題，研究團(tuán)隊(duì)將10%的聚己內(nèi)酯和聚（乳酸-羥基乙酸）材料與90%的羥基磷灰石進(jìn)行混合，產(chǎn)生了一種新的3D打印液體油墨材料，在室溫下通過該材料每小時(shí)可以3D打印出275立方厘米的骨骼修復(fù)支架。通過這種材料3D打印的骨骼修復(fù)支架表現(xiàn)出良好的韌性和吸附能力。與普通羥基磷灰石材料支架的不同之處，這種油墨打印的支架在受到擠壓時(shí)可以迅速恢復(fù)到原來的形狀。支架的孔隙率為50%，支持人體細(xì)胞生長和增殖。

究竟這個(gè)3D打印支架的骨骼修復(fù)能力如何？我們從研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的體外實(shí)驗(yàn)和動物實(shí)驗(yàn)中將有所體會。研究團(tuán)隊(duì)在4周的體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在不添加生長因子的情況下該3D打印支架能夠誘導(dǎo)人體干細(xì)胞進(jìn)行分化。研究團(tuán)隊(duì)還通過對小鼠和猴子的支架植入物實(shí)驗(yàn)，評估了這款3D打印支架的骨骼修復(fù)能力。以與人類更為接近的猴子實(shí)驗(yàn)為例，研究人員通過植入3D打印支架，為猴子進(jìn)行了顱骨修復(fù)，植入4周之后沒有出現(xiàn)排異反應(yīng)，支架周圍組織已與支架進(jìn)行了結(jié)合。

研究團(tuán)隊(duì)表示這款高彈性的支架3D打印油墨將給醫(yī)生帶來非常大的靈活性，醫(yī)生可以根據(jù)需要將抗生素添加到支架中，從而降低支架植入體內(nèi)后發(fā)生感染的概率，還可以根據(jù)需要添加生長因子，使得支架具有更強(qiáng)的骨骼再生促進(jìn)能力。更有意義的是，這種支架，有望應(yīng)用于未成年人的骨骼修復(fù)，因?yàn)樘幱诔砷L發(fā)育期的未成年人，如果接受永久性的植入物移植手術(shù)，就需要多次通過手術(shù)更換植入物，而可降解的骨骼修復(fù)支架則是通過促進(jìn)人體自身骨骼再生來進(jìn)行骨骼修復(fù)的，這種治療方式將避免讓未成年人多次接受植入手術(shù)，請關(guān)注南極熊3D打印網(wǎng)。

來源：3D科學(xué)谷