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上海矽酸鹽所等歡迎朽散制備出3D打印仿生蓮藕支

文章来源:admin 时间:2018-12-31

  上海矽酸鹽所等歡迎和缓制備出3D打印仿生蓮藕支架

 

  

臨床上,大塊骨缺損的修復是人類面臨的挑戰之一 ,3D打印技術可以便捷的制備形狀可控的众孔支架原料,廣泛應用於生物原料和骨組織工程領域 。傳統3D打印支架具有众孔的結構,將原料植入缺損部位後,營養物質和細胞沿著孔向內滲入支架內部,有利於骨組織向內長入,促進骨缺損的修復。然则,傳統3D打印支架正在大塊骨缺損方面仍顯不敷。傳統3D打印支架由實心的基元堆疊而成,下降瞭原料的孔隙率;傳統3D打印支架的孔隙呈階梯三維延长狀,並沒无造成平直的孔道狀,正在流體力學上有較強的流體阻力,走运於營養物質和細胞滲入支架內部,阻礙瞭修復過程中的成血管和成骨。

 

  

今天,上海矽酸鹽研讨所研讨員吳成鐵與常江帶領的研讨團隊,正在3D打印復雜結構生物陶瓷用於血管化大塊骨缺損修復方面取得新進展。該研讨團隊遭到自然界中蓮藕這些電池假使亏折時地進行接管和處置,將會對地球造成二次混濁,情況題目將變得愈加嚴峻內部平行众通道結構的啟發,选取3D打印制備出仿生蓮藕支架,並與上海交通大學附屬第九公共醫院蔣欣泉團隊合营,進一步發現該類支架相對於傳統3D打印支架,具有顯著发展大塊骨缺損的修復的才力。相關研讨结果發外正在Advanced Science上,並申請專利一項。

 

  

該研讨團隊把傳統3D打印支架每個基元的內部做成平行众通道結構,這種結構绝望促進新血管和骨組織的長入,有利於骨缺損的修復,並从头設計瞭內部共軸鑲嵌的擠壓式3D打印針頭,通過改進的3D打印制備要领,實現一次性打印仿生蓮藕支架,改進的3D打印要领能夠調控仿生蓮藕支架的物理和化學性質 。选取該要领不僅可以用各種生物陶瓷(Akermanite, Al2O3, ZrO2)、金屬Fe和高分子海藻酸鈉等众種原料制備出仿生蓮藕支架,而且能制備出分歧形狀、孔道數目、孔道直徑的仿生蓮藕支架。别的,通過調控3D支架的基元堆砌办法和孔道數目,來調控該仿生蓮藕支架的孔隙率和力學強度。該仿生蓮藕支架的最高孔隙率達到80%,力學強度可達40MPa以上,能滿足骨缺損修復原料的请求。

  

研讨團隊進一步通過選擇生物活性优越的鎂黃長石(Akermanite)陶瓷作為基體替代原料,來找寻這種仿生蓮藕原料正在骨組織再生工程中的效用和應用,分別制備瞭具有單孔道、雙孔道、三孔道和四孔道的仿生蓮藕生物陶瓷支架 。體外生物學领会結果标明,與傳統3D支架比拟,該仿生蓮藕鎂黃長石生物陶瓷支架更有利於細胞的粘拥护增殖,並隨著通道數目标增添,其结果越明顯增添。體內動物實驗标明,該仿生蓮藕生物支架发展瞭骨組織再生才力和成血管化效應,有利於骨缺損的修復 。與傳統的3D生物活性支架比拟,該3D打印仿生蓮藕生物支架更有利於營養物質向支架內部的傳輸,引導細胞和組織向內長入,從而促進后期的成血管以及後期的成骨,发展瞭骨缺損的修復效用。由於其众通道高孔隙率的結構特點,該種原料還可以用於藥物大分子裝載、外观功用化修飾以及催化、动力、環境等其余領域。

  

研讨做事失掉瞭中組部青年千人計劃、國傢重點研發計劃和國傢自然基金、中科院前沿科學研讨計劃等的資助。

  

論文鏈接

  

  

受自然界啟發制備出仿生蓮藕支架用於骨組織工程。(c-g)原料制備過程。

  

  3D打印仿生蓮藕支架理化性質的調控。(a)分歧原料的仿生蓮藕支架,(b)分歧形狀的仿生蓮藕支架和(c)分歧孔道尺寸的仿生蓮藕支架 。

  

  仿生蓮藕支架孔隙率和力學強度的調控。(a)三種分歧基元堆砌办法的仿生蓮藕支架,具有分歧數目孔道和堆砌办法的仿生蓮藕支架的(b)孔隙率和(c)力學強度  。

  

  仿生蓮藕支架的體內生物學领会。(a)兔子間充質幹細胞(BMSCs)正在仿生蓮藕支架上的SEM照片,(c-e)細胞培養正在支架上第3天的共聚焦顯微鏡照片,仿生蓮藕支架的(f)細胞粘拥护(g)增殖結果。

  

  仿生蓮藕支架的體外生物學领会 。4周的大鼠肌袋植入實驗中,(a)大量細胞長入蓮藕狀孔道內部,(b,c)血管微灌註實驗結果标明,血管得胜長入到孔道內;12周的兔子顱骨缺損實驗中的(d,e)micro-CT和(f)組織切片VG染色結果,(g)骨缺損部位新骨的統計學领会結果都标明仿生蓮藕支架具有更好的骨修復才力。

  

 

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