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川大研究3D打印具有控制释放抗菌功能的磷酸钙支架进行颌骨修复

http://www.b2b.hc360.com 中国金属加工网 信息来源:Author发布时间:2020年08月17日浏览:202

来自四川大学的研究人员正在探索改进的生物打印方法,并在最近发表的“具有控制释放抗菌功能的磷酸钙支架的3D打印技术中进行颌骨修复”中概述了他们的发现。
      3D打印(更具体地讲,生物3D打印)已经与针对各种健康状况的患者的骨再生工作以及从手术中恢复到需要后续植入和移植的下颌骨相关。众所周知,骨再生是医学上的一个挑战领域,在具有不同支架和结构的生物打印中,困难通常在于维持组织工程中的细胞生长和生存力。为这项研究创建的支架通过在结构中添加抗菌特性,促进了针对患者的骨再生治疗。该研究团队使用磷酸钙粉末和小ber碱的组合来制造生物墨水,以通过直接挤出3D打印创建多孔支架。从一开始,他们就意识到脚手架将需要以下关键特征:
.与人体组织相似的成分
.像人体组织一样稳定的结构
.合适的机械性能
.维持种子细胞生长和繁殖的能力
       研究人员解释说:“ 3D打印技术基于层积的原理,提供了一种制造复杂支架的通用策略。骨组织具有复杂的多孔结构,适合使用3D打印技术进行制造。”
尽管大量研究表明成功使用了植入物(例如多孔钛),但科学家仍在寻求克服颌骨修复和骨骼生成方面的障碍-以“口腔环境”中对个性化护理和预防感染的更好需求为中心。磷酸钙(Ca \\ P)作为用于骨再生的材料是一个很好的前景,原因是:
.所需的生物相容性水平
.骨诱导特性
.与组织化学结合的能力
.在人体内的溶解度
       小ber碱还具有多种品质,由于其具有抗菌作用,因此有利于骨骼再生和愈合。小ber碱是一种从黄芪等植物中提取的生物碱,已被用于改善免疫系统,血液循环,营养吸收和减少炎症。它也可用于治疗骨质疏松症,但可能会“吸收不良并具有严重的副作用”。

精选的磷酸钙粉用于制造印刷油墨

  精选的磷酸钙粉用于制造印刷油墨。 (A)BCP支架的表面形态。 (B)BCP粉末的粒度分布。 (C)HA支架的表面形态。 (D)HA粉的粒度分布。
        在这项研究中,使用3D打印支架来控制释放抗菌特性,以帮助下颌组织再生。研究人员使用了羟基磷灰石(HA)和双相磷酸钙(BCP,β-TCP:HA = 1:1,以重量百分比计)粉末,还向支架中添加了小ber碱。他们在机械性能,药物释放性能,溶胀率表征和体外细胞毒性测试方面对材料进行了测试。

(A)印刷油墨; (B)未交联的支架; (C)交联支架; (D)交联理论
      在对羟基磷灰石颗粒进行分析时,研究小组发现了一种“分离情况”,即颗粒之间的连接不良,可能进一步导致机械强度较差和溶胀增加。但是,交联的支架显示出“大量”的纤维结构以及多层多孔结构。他们还指出了两个阶段的收缩率:在交联过程中发生4.6%的收缩,在冷冻干燥过程中发生19.8%的收缩。 研究人员说:“……机械和溶胀测试表明支架具有足够的结构稳定性以支持植入。”进一步的分析还表明,黄连素被“成功地”装载到了支架上,受装载的药物数量和孔隙率的控制。

      不同3D打印支架的EDS结果。 (A)海藻酸钠(SA)纯粉; (B)纯小ber碱(BBR)粉; (C)3D打印(HA + SA-BBR)支架; (D)3D打印(HA + SA + BBR)支架。

     总体而言,随着药物浓度的增加,药物释放速率和总释放量呈明显的上升趋势,这表明药物装载浓度是调节释放速率的主要因素。当增加相同的药物浓度并改变支架的孔径时,药物的释放速率非常相似,这表明孔径是调节释放速率的次要因素。”

        该图显示了不同药物浓度和支架孔径的抗菌作用。 (0)对照组的BBR为0%,300μm; (1)第1组的BBR为0.025%(300μm); (3)第3组的BBR为0.1%,300μm; (4)第4组的BBR为0.2%,300μm; (A)2-A组的BBR为0.05%,150μm; (B)2-B组的BBR为0.05%,300μm; (C)2-C组的BBR为0.05%,450μm; (D)2-D组具有0.05%BBR,600μm。 (E)BBR曲线释放。 (F)通过统计和分析软件获得抑菌区直径的结果。
       交联时间和交联度均对控制药物释放行为起着重要作用。体外研究表明3DP支架具有较低的细胞毒性,有利于MC3T3细胞的黏附和增殖。拟议的具有抗菌和骨再生功能的支架是颌骨修复的有希望的候选者。”

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