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低温生物3D打印通过增强血管生成改善骨骼再生

躯壳
2020-09-14 14:13:54

       白令三维9月12日讯,来自中国的研究人员继续寻求改善骨骼再生的方法,并将其发现发表在“低温双传递支架的3D打印中,从而通过增强血管生成改善骨骼再生”。关于骨再生的新技术,已经出现了许多项目,尤其是在过去的五年中,随着3D打印在主流中变得更加根深蒂固,生物打印也在不断发展,骨再生一直充满挑战,尽管生物打印作为一个领域仍然相对较新,但由于尝试了新材料,纳米管和创新结构,已经取得了令人印象深刻的进步。


       细胞活力通常是最大的问题。组织工程学虽然如今变得越来越成功,但仍然是一个极其微妙的过程,因为细胞不仅必须在实验室中生长,而且还必须在实验室中维持。因此,科学家一直在努力改善支架等结构,因为在大多数情况下,它们负责支持正在打印的细胞。在这项研究中,作者强调了在骨再生中同时需要“出色的成骨和血管生成”。

 

        在这种情况下,研究人员采用了低温3D打印技术,其中,液体和固体之间的相变被用来触发聚合反应,从而生成可以维持其形状的极其柔软的物体。作者使用β-磷酸三钙(β-TCP)和含有成骨肽(OP)的复合乳胶油墨的组合3D打印双重递送支架。低温3D打印通常涉及在低温下3D打印凝胶状材料,以使其以固体形式沉积,或者在制造时冻结打印的半液体结构。这些方法通常导致组织工程更可行的结构,并且在过去的几年中在研究中变得越来越流行。在这里,研究人员在冰水浴中搅拌TCP材料30分钟(因此称为“低温”),然后将其与OP组合在一起并在专用打印机中进行打印。然后将得到的支架冷冻干燥以除去任何水和与OP混合的复合乳液油墨。然后将支架包被在含有胶原的血管生成肽(AP)中,在37℃下胶凝30分钟,并在室温下干燥。使用OP旨在促进成骨或骨骼生长,而AP则旨在促进血管生成,即新血管的形成。

  通过低温3D打印和随后的水凝胶涂层制造AP和OP交付的TCP / PLGA复合支架的示意图。可以将支架植入骨缺损中以诱导所需的血管形成改善的骨再生。


          在对材料进行表征的过程中,连同体外和体内研究,研究人员发现,在大鼠身上进行测试时,双肽输送支架可“改善新的骨形成”,并改善组织中的血管形成。在研究机械性能时,研究人员发现胶原蛋白I水凝胶的抗压强度和弹性模量低,而T和TB支架的强度和弹性模量与人体骨骼更接近。还发现胶原蛋白I水凝胶在骨骼组织工程支架(即TV和TVB支架)上的进一步涂层,仅观察到压缩强度和弹性模量略有降低,这表明低温3D打印骨骼组织工程研究人员解释说:“涂有胶原蛋白I水凝胶薄层的支架在机械上适合修复/再生缺损的骨组织。”

OP / TCP / PLGA和AP /胶原蛋白/ OP / TCP / PLGA支架的形态和力学性能。 (a)和(e):数字图像; (b-d,f-h):不同放大倍数下不同支架的SEM显微照片; (i)脚手架和控制的抗压强度; (j)支架和对照的弹性模量。 T,TV,TB,TVB分别指TCP / PLGA,AP /胶原蛋白/ TCP / PLGA,OP / TCP / PLGA,AP /胶原蛋白/ OP / TCP / PLGA。

 

体外研究显示,TV和TVB组的AP迅速释放,达到58%的水平,但十天后达到稳定水平。从结核支架释放的OP显示出“更持续的释放水平”。 42天后达到了79%。

  双肽递送支架的体外释放行为和降解行为。 (a)在42天的测试期内释放血管生成肽和成骨肽的行为; (b)在8周的测试期内双肽递送支架和对照的剩余重量。


        体内研究表明,仅在大鼠颅骨缺损的周围区域显示了骨再生。 T型支架和TV型支架的缺陷显示再生不完全,而TB支架中的空腔除了支架与缺陷之间的间隙外,还充满了新的骨组织。 TVB支架随着颅骨缺损的再生而显示出“极大的改善”。由于AP和OP的“协同效应”带来的血管生成和成骨作用,TVB支架最有可能显示出最大程度的再生。总体而言,体外血管生成得到改善,而体外成骨分化也得到增强。

通过Masson三色染色法植入不同支架后3个月,对大鼠颅骨缺损中再生组织的组织学分析。注:“ S”代表支架; “红色箭头”表示船只; “黄星”表示新的骨骼和类骨质。

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