中科院科學家生物3D打印陶瓷支架可用于骨腫瘤治療

目前骨腫瘤較常用的臨床治療方法有手術治療、放射治療和化學治療。傳統(tǒng)的放療與化療都具有較大的副作用，手術治療通常會有骨腫瘤細胞殘余且造成大塊的骨缺損。如何制備出兼具治療骨腫瘤和修復骨缺損的生物材料是一項很大的挑戰(zhàn)。

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員吳成鐵與常江帶領的研究小組首次提出將骨組織工程與光熱治療相結(jié)合的思想，在制備用于治療與修復骨腫瘤缺損的光熱功能化的生物活性陶瓷支架的研究中取得了新進展。據(jù)中國3D打印專業(yè)媒體平臺南極熊了解，該研究通過3D打印技術制備出了一種生物陶瓷與氧化石墨烯的復合支架(見圖1)。這種直接在超低功率近紅外光下可迅速升溫，而且光熱性能可控。

圖1. 3D打印純生物陶瓷支架（左）與生物活性陶瓷/氧化石墨烯復合支架（右）

在體外骨腫瘤細胞殺傷率達到90%（見圖2）。在小鼠體內(nèi)植入該功能化的支架并進行光照后，有效地抑制了裸鼠皮下腫瘤生長，而對照組腫瘤體積隨天數(shù)持續(xù)增大(見圖3)。同時，該支架還能顯著促進骨間充質(zhì)干細胞的增殖與成骨分化，并誘導體內(nèi)新生骨組織的長入，從而賦予了3D打印生物陶瓷支架抗腫瘤和骨修復的雙功能性，在骨腫瘤的治療與修復中具有潛在的應用。

圖2. 3D打印生物陶瓷/石墨烯復合支架在近紅外光誘導的光熱效應有效地殺死腫瘤細胞（b, c, d, e, f, and m），如果在沒有近紅外光照射以及純的生物陶瓷支架上，腫瘤細胞生長完好(a, f, g, h, j, k, l, n, o and p)。

圖3. 裸鼠近紅外光照時的光熱成像圖(a)和溫度變化曲線(b)。腫瘤活體熒光成像(c)，腫瘤體積變化曲線(d)，裸鼠治療前后照片對比圖(e)

目前該研究成果被Advanced Functional Materials 接收（該論文第一作者為在讀博士生馬紅石）。審稿人高度評價了該項研究：“這是一項設計很好的研究，具有明顯的創(chuàng)新性，解決了傳統(tǒng)生物支架不能兼具腫瘤治療與骨修復的問題�！蹦壳�，該成果已經(jīng)申請了專利一項。

另外，該研究小組通過三年的探索，成功解決了傳統(tǒng)3D打印生物陶瓷支架大孔尺度與大孔結(jié)構可控性不高的問題。近期，該小組還采用3D打印方法成功制備出具有多級尺度、復雜結(jié)構的生物陶瓷支架，包括生物陶瓷空心管狀堆積的多孔支架（見圖4）以及大孔-介孔組合的多孔支架（見圖5），這些新型的支架材料更好地模擬了人體組織復雜結(jié)構，其成骨、成血管化性能顯著提高。

圖4. 3D打印具有中空管狀結(jié)構生物陶瓷支架用于大塊骨組織缺損的修復與再生，中空管狀形貌與尺度可以得到很好的控制

圖5. 3D打印具有編制大孔結(jié)構（a, b）以及有序介孔結(jié)構(c) 的多級孔結(jié)構的生物陶瓷支架，該支架具有優(yōu)越的成骨活性

相關結(jié)果于最近分別發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces, Nanoscale 和Acta Biomaterialia 等期刊上。(Nanoscale. 2015; 7(45): 19207-21，ACS Applied Materials & Interfaces. 2015; 7:6541-6549. Acta Biomaterialia. 2014; 10(1): 463-476)。



延伸閱讀：
《匹茲堡大學開發(fā)出3D打印金屬骨支架技術》
《氣道支架：3D打印在醫(yī)療領域的潛在應用》
《前沿科技：3D打印支架可準確釋放生物分子從而促進人體組織再生》

via 中國科學院上海硅酸鹽研究所