用于3D打印植入物的磷酸鎂輔助骨再生

魔猴君  行業資訊   1663天前

國際研究人員繼續克服骨再生技術的挑戰，并在最近發表的“基于韌磷酸鎂的3D打印植入物在馬缺陷模型中誘導骨再生”中分享了他們的研究結果。當醫生承擔重建人體骨骼的任務時，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的機械性能，在許多情況下會帶來進一步的困難。

當前的數據表明，植骨手術的年增長率為10％，因此醫學科學家和研究人員比以往任何時候都更有動力開發新技術和使用新材料進行實驗（通常與腳手架有關）。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

.聚己內酯，聚乳酸-乙交酯等基于高分子的材料

.復合材料

生物活性材料的制備和可印刷性表征。 A）低溫打印過程和墨水成分的示意圖。 B）可印刷性評估。細絲測試：將不同的成分以不同的間距擠出到支柱支撐上。陶瓷濃度對偏轉角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（每組n = 3）。融合測試：沉積在載玻片上后，來自立體顯微鏡的圖像（n = 3）。熔絲長度的指數擬合通過對于測試組合物的絲厚度作為絲距離的函數來標準化。 C）設計和印刷的MgPSr-PCL30各種形狀的支架。

通常使用各種不同的傳統技術，使研究人員仍然要處理諸如下層結構，與機械性能有關的收縮以及為10mm以上缺陷創建支架的挑戰等障礙。在這項研究中，研究人員轉向使用陶瓷進行基于擠壓的3D打印，同時探索了以前使用生物陶瓷與羥基磷灰石和聚己內酯或聚（乳酸-共-乙醇酸）進行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，由于更好的機械性能，導致研究人員探索聚合物-陶瓷復合材料。但是，由于聚合物掩蔽和較低的溶解度，可能會導致骨誘導性降低。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：“近來，由于磷酸鎂（MgP）材料具有很高的體內溶解度和在生理條件下轉化為低可溶性CaP相的可能性較小，因此引起了越來越多的關注。”

體外評估印刷支架的生物活性。 A）在基礎培養基中eMSCs培養14天期間，來自活死染色測定的共聚焦圖像。 B）每個支架的活細胞和死細胞分布的定量結果。 C和G）印刷樣品的堿性磷酸酶（ALP）圖像。將ALP活性水平相對于DNA含量標準化。 D和H）在培養30天后使用茜素紅S染色研究的通過eMSCs形成鈣化基質的形成。使用比色法通過3D打印支架上茜素紅S含量評估的鈣化基質的定量數量。比例尺代表1毫米。 E和I）XRD和F和J）培養eMSCs后對支架的FTIR分析。對應于羥基磷灰石的峰用紅色圓圈標記。 （要解釋此圖例中對顏色的引用，請參閱本文的Web版本。）

其他離子如Sr2 +進入CaP和MgP。材料也可以再生。在這項研究中，作者能夠通過3D打印由磷酸鎂制成的腳手架，并通過使用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，首先在基礎和成骨培養基（體外）中評估材料，然后在馬塊莖缺氧癥模型（體內）中評估材料。

研究人員使用3D Discovery打印機通過22G錐形噴嘴擠出糊料，分配壓力為0.9 bar，可在室溫下連續打印。 3D打印了各種尺寸的圓柱和矩形樣品以進行研究。體內研究的準備和植入。 A）在馬塊莖co中植入圓柱形結構的示意圖。 B）大型印刷植入物（10毫米×10毫米）的圖紙和照片。 C）手術過程的術中視圖，顯示了空缺和充滿結構的缺損。 D）6個月后新骨形成的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，以及在體內放置6個月后出現的空缺（比例尺== 10 mm）。

最終，發現MgPSr和PCL可以顯著改善體外培養的成骨反應，并被譽為“能夠有效修復臨界大小的骨缺損”，并且在馬塊莖模型內部植入了六個月。 30％（重量）的PCL消除了裂紋和過早失效，這是在有承重部位的情況下使用陶瓷的好處。然而，這項研究最成功的要點之一是MgPSr-PCL30復合材料的壓縮力學性能“在天然松質骨范圍內”。

在對馬模型進行6個月的體內研究后進行組織學評估。 A）6個月后，MgPSr-PCL30支架內新骨（*）的組織學評估。代表性的蘇木精和曙紅，堿性品紅/亞甲藍染色的MMA樣品，I型膠原蛋白（棕色區域）的免疫組織化學染色以及由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）對新形成的骨骼和天然骨骼進行的鈣和磷分析。 （要解釋此圖例中對顏色的引用，請參閱本文的Web版本。）

魔猴網點評：即使在體外顯著降解后，植入物仍顯示出合適的承載能力。發現該支架既具有骨傳導性又具有骨誘導性，支持植入物周圍的骨再生，同時也“橋接”了骨缺損。研究人員說：“有趣的是，對新形成的骨骼的EDX分析顯示出與天然馬骨骼相似的礦物質成分和Ca / P比，這證實了發育中的支架材料的骨促進特性。”

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

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/shendujiedu/39630.html