用于3D打印植入物的磷酸鎂輔助骨再生

魔猴君  行業(yè)資訊   1529天前

國(guó)際研究人員繼續(xù)克服骨再生技術(shù)的挑戰(zhàn)，并在最近發(fā)表的“基于韌磷酸鎂的3D打印植入物在馬缺陷模型中誘導(dǎo)骨再生”中分享了他們的研究結(jié)果。當(dāng)醫(yī)生承擔(dān)重建人體骨骼的任務(wù)時(shí)，通常需要一種不僅可以模仿人體組織而且可以生物降解的材料，使其適合與植入物一起使用。這種材料必須具有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能，在許多情況下會(huì)帶來(lái)進(jìn)一步的困難。

當(dāng)前的數(shù)據(jù)表明，植骨手術(shù)的年增長(zhǎng)率為10％，因此醫(yī)學(xué)科學(xué)家和研究人員比以往任何時(shí)候都更有動(dòng)力開發(fā)新技術(shù)和使用新材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（通常與腳手架有關(guān)）。典型的支架由可能降解的材料組成，例如：

.羥基磷灰石，磷酸三鈣或生物玻璃等陶瓷

.聚己內(nèi)酯，聚乳酸-乙交酯等基于高分子的材料

.復(fù)合材料

生物活性材料的制備和可印刷性表征。 A）低溫打印過(guò)程和墨水成分的示意圖。 B）可印刷性評(píng)估。細(xì)絲測(cè)試：將不同的成分以不同的間距擠出到支柱支撐上。陶瓷濃度對(duì)偏轉(zhuǎn)角θ的影響（以弧度為單位）是間隙距離L（以毫米為單位）的一半的函數(shù)（每組n = 3）。融合測(cè)試：沉積在載玻片上后，來(lái)自立體顯微鏡的圖像（n = 3）。熔絲長(zhǎng)度的指數(shù)擬合通過(guò)對(duì)于測(cè)試組合物的絲厚度作為絲距離的函數(shù)來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化。 C）設(shè)計(jì)和印刷的MgPSr-PCL30各種形狀的支架。

通常使用各種不同的傳統(tǒng)技術(shù)，使研究人員仍然要處理諸如下層結(jié)構(gòu)，與機(jī)械性能有關(guān)的收縮以及為10mm以上缺陷創(chuàng)建支架的挑戰(zhàn)等障礙。在這項(xiàng)研究中，研究人員轉(zhuǎn)向使用陶瓷進(jìn)行基于擠壓的3D打印，同時(shí)探索了以前使用生物陶瓷與羥基磷灰石和聚己內(nèi)酯或聚（乳酸-共-乙醇酸）進(jìn)行3D打印的工作。

由于缺乏承重性能，以前的材料可能提出了挑戰(zhàn)，由于更好的機(jī)械性能，導(dǎo)致研究人員探索聚合物-陶瓷復(fù)合材料。但是，由于聚合物掩蔽和較低的溶解度，可能會(huì)導(dǎo)致骨誘導(dǎo)性降低。磷酸鎂水泥（MPC）和磷酸鈣（CPC）中的金屬離子顯示出更好的骨再生潛力，研究人員說(shuō)：“近來(lái)，由于磷酸鎂（MgP）材料具有很高的體內(nèi)溶解度和在生理?xiàng)l件下轉(zhuǎn)化為低可溶性CaP相的可能性較小，因此引起了越來(lái)越多的關(guān)注。”

體外評(píng)估印刷支架的生物活性。 A）在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中eMSCs培養(yǎng)14天期間，來(lái)自活死染色測(cè)定的共聚焦圖像。 B）每個(gè)支架的活細(xì)胞和死細(xì)胞分布的定量結(jié)果。 C和G）印刷樣品的堿性磷酸酶（ALP）圖像。將ALP活性水平相對(duì)于DNA含量標(biāo)準(zhǔn)化。 D和H）在培養(yǎng)30天后使用茜素紅S染色研究的通過(guò)eMSCs形成鈣化基質(zhì)的形成。使用比色法通過(guò)3D打印支架上茜素紅S含量評(píng)估的鈣化基質(zhì)的定量數(shù)量。比例尺代表1毫米。 E和I）XRD和F和J）培養(yǎng)eMSCs后對(duì)支架的FTIR分析。對(duì)應(yīng)于羥基磷灰石的峰用紅色圓圈標(biāo)記。 （要解釋此圖例中對(duì)顏色的引用，請(qǐng)參閱本文的Web版本。）

其他離子如Sr2 +進(jìn)入CaP和MgP。材料也可以再生。在這項(xiàng)研究中，作者能夠通過(guò)3D打印由磷酸鎂制成的腳手架，并通過(guò)使用PCL（一種用于骨骼再生的常見熱塑性材料）控制必要的性能。他們還添加了少量具有生物活性的Sr2 +離子，首先在基礎(chǔ)和成骨培養(yǎng)基（體外）中評(píng)估材料，然后在馬塊莖缺氧癥模型（體內(nèi)）中評(píng)估材料。

研究人員使用3D Discovery打印機(jī)通過(guò)22G錐形噴嘴擠出糊料，分配壓力為0.9 bar，可在室溫下連續(xù)打印。 3D打印了各種尺寸的圓柱和矩形樣品以進(jìn)行研究。體內(nèi)研究的準(zhǔn)備和植入。 A）在馬塊莖co中植入圓柱形結(jié)構(gòu)的示意圖。 B）大型印刷植入物（10毫米×10毫米）的圖紙和照片。 C）手術(shù)過(guò)程的術(shù)中視圖，顯示了空缺和充滿結(jié)構(gòu)的缺損。 D）6個(gè)月后新骨形成的μ-CT分析。 MgPSr-PCL30植入的缺損的縱向和橫截面的代表性重建圖像，以及在體內(nèi)放置6個(gè)月后出現(xiàn)的空缺（比例尺== 10 mm）。

最終，發(fā)現(xiàn)MgPSr和PCL可以顯著改善體外培養(yǎng)的成骨反應(yīng)，并被譽(yù)為“能夠有效修復(fù)臨界大小的骨缺損”，并且在馬塊莖模型內(nèi)部植入了六個(gè)月。 30％（重量）的PCL消除了裂紋和過(guò)早失效，這是在有承重部位的情況下使用陶瓷的好處。然而，這項(xiàng)研究最成功的要點(diǎn)之一是MgPSr-PCL30復(fù)合材料的壓縮力學(xué)性能“在天然松質(zhì)骨范圍內(nèi)”。

在對(duì)馬模型進(jìn)行6個(gè)月的體內(nèi)研究后進(jìn)行組織學(xué)評(píng)估。 A）6個(gè)月后，MgPSr-PCL30支架內(nèi)新骨（*）的組織學(xué)評(píng)估。代表性的蘇木精和曙紅，堿性品紅/亞甲藍(lán)染色的MMA樣品，I型膠原蛋白（棕色區(qū)域）的免疫組織化學(xué)染色以及由MgPSr-PCL30支架（S）填充的缺損和空缺損的picrosirius紅染色的組織切片。比例尺為50μm。 B）新形成的骨骼的EDX分析。鄰近支架支柱的新形成骨骼的代表性BSE圖像。 C）對(duì)新形成的骨骼和天然骨骼進(jìn)行的鈣和磷分析。 （要解釋此圖例中對(duì)顏色的引用，請(qǐng)參閱本文的Web版本。）

魔猴網(wǎng)點(diǎn)評(píng)：即使在體外顯著降解后，植入物仍顯示出合適的承載能力。發(fā)現(xiàn)該支架既具有骨傳導(dǎo)性又具有骨誘導(dǎo)性，支持植入物周圍的骨再生，同時(shí)也“橋接”了骨缺損。研究人員說(shuō)：“有趣的是，對(duì)新形成的骨骼的EDX分析顯示出與天然馬骨骼相似的礦物質(zhì)成分和Ca / P比，這證實(shí)了發(fā)育中的支架材料的骨促進(jìn)特性。”

結(jié)果反映出牢固，穩(wěn)定的支架以及用于組織工程和骨再生的可行系統(tǒng)。盡管在骨骼再生活動(dòng)方面存在困難，但許多其他研究也很有希望，例如針對(duì)頜骨進(jìn)行再生的研究，使用鈦等其他材料以及制造其他復(fù)雜支架的研究。

來(lái)源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/shendujiedu/39630.html