3D打印實(shí)現(xiàn)斷骨再生，將會(huì)徹底改變?cè)偕�醫(yī)學(xué)

文章來(lái)源：賢集網(wǎng)

近幾十年來(lái)，醫(yī)學(xué)科學(xué)取得了重大進(jìn)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(gè)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?cè)偕�醫(yī)學(xué)。

再生醫(yī)學(xué)是醫(yī)學(xué)科學(xué)的一個(gè)分支，開(kāi)發(fā)療法來(lái)替代因疾病、缺陷或損傷而受損的組織、器官和細(xì)胞。這是一個(gè)全新的醫(yī)學(xué)科學(xué)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(fù)制了天然組織的特性并模仿了它們的結(jié)構(gòu)。這些先進(jìn)的醫(yī)療材料可以使用 3D 打印和其他技術(shù)進(jìn)行加工和應(yīng)用。

再生骨組織：一項(xiàng)重要的醫(yī)學(xué)進(jìn)展

衰老會(huì)導(dǎo)致漸進(jìn)的健康問(wèn)題。骨質(zhì)疏松癥等疾病會(huì)隨著患者年齡的增長(zhǎng)而發(fā)生，給個(gè)人帶來(lái)痛苦并增加醫(yī)療保健負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)治療包括骨移植，除此之外，其他方法無(wú)法模仿天然組織的特性和結(jié)構(gòu)。出于這個(gè)原因，包括骨組織工程在內(nèi)的幾個(gè)新的研究領(lǐng)域已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。

骨組織工程領(lǐng)域涉及支持骨骼生長(zhǎng)和誘導(dǎo)再生的仿生裝置的開(kāi)發(fā)。先進(jìn)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(dǎo)治療反應(yīng)。復(fù)合材料基于 1 型膠原蛋白和羥基磷灰石（也常用于牙科），因?yàn)樗鼈兪枪墙M織的主要成分。

復(fù)合仿生材料產(chǎn)生整骨反應(yīng)，誘導(dǎo)生長(zhǎng)、增殖甚至分化。這導(dǎo)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(kuò)展性。然而，在制造用于骨再生應(yīng)用的堅(jiān)固耐用的仿生材料方面仍然存在幾個(gè)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(jìn)行 3D 打印。但是，它們的使用存在一些問(wèn)題。它們?cè)谟∷⑦^(guò)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(huì)導(dǎo)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(lái)克服這些生物材料的局限性。

現(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于牛膠原蛋白制造更強(qiáng)、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(bào)道的過(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)的。


△在 37°C 下孵育 3 小時(shí)和 24 小時(shí)后，在 GEN-Col/nanoHA 上進(jìn)行幅度掃描測(cè)試（A、C）和溫度斜坡（B、D）

選擇蜂窩和網(wǎng)格幾何形狀來(lái)評(píng)估材料的可印刷性。用不同的參數(shù)進(jìn)行了幾次試驗(yàn)，以提供良好的控制水平并提供對(duì)結(jié)果的理解。每個(gè)參數(shù)對(duì)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(dá)到預(yù)期的結(jié)果，因?yàn)樗鼈兪窍嗷ソ豢椀摹?br />
打印支架的視覺(jué)分析證實(shí)，打印過(guò)程成功實(shí)現(xiàn)了幾何復(fù)制。產(chǎn)生了明確的線和孔。凍干后通過(guò) 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(jìn)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。