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k8彩乐园3D打印复合PVA骨组织工程支架研究现状

阅读:108次日期:2020-10-12

  作家:刘小元,张凯,k8彩乐园韩祥祯,左新慧,李君,何惠宇,新疆医科大学第一隶属病院(隶属口腔病院)口腔修复科

  近年来,3D打印复合众孔性骨支架已成为结构工程骨范围的推敲热门。因为3D打印复合聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)支架有优良的生物相容性,目前对其推敲越来越众,本文将从骨结构工程支架3D打印工夫、PVA、复合PVA支架正在体外里骨造成恶果等方面举办综述。

  3D打印工夫能够急迅打印无误性及刻板强度高、孔隙率及空间构造繁复的性情化骨结构工程支架,其通过资料的外貌改性给予支架与人体自然骨细胞外基质因素形似的机能,使其特别吻合人体仿生学,为骨缺损修复供应新的步骤,它能够依据缺损处境打印出巨细、体式及孔隙适宜的性情化支架。目前,骨结构工程范围中最常用的3D打印工夫有光固化成型(stereo lithographyap-pearance,SLA),拔取性激光烧结(selective laser sintering,SLS),熔融层积成型(fused deposition modelling,FDM),喷墨印刷(ink jet printing)、生物墨水(bioink)。SLA是由3D编制公司于1986年开荒。

  跟着3D打印工夫的起色,它正在生物医学工程范围获得了遍及的利用。SLA编制蕴涵一个光敏液体树脂罐、可挪动的搭筑平台、紫外线(UV)激光映照树脂及动态反射镜编制。SLA采用紫外激光逐层筑制感光液体树脂资料制成三维支架,一朝树脂资料一层齐备固化正在一个平台上,平台就会笔直消重,随后洪量液体资料遮盖前一层,造成下一层。反复上述设施,直至造成一个完备的三维部件。结果,将未固化的资料洗掉,骨支架正在紫外光下举办固化。

  骨结构工程顶用SLA筑制的支架资料包括集结物、生物陶瓷及其复合资料等,SLA可运用上述资料筑制具备生物降解机能的复合支架,如交联安排的众孔性构造,或许无误负责支架的孔隙、尺寸及构造,并具有较佳的力学机能。SLS工夫于1986年正在奥斯汀得克萨斯大学开荒,1992年由DTM公司贸易化。它运用一个CO2激光束将选定区域的资料粉末熔(或烧结)到粉末床外貌造成资料层,第一层固化后,粉末层厚度低重一层,下一层的资料安插正在床的顶部造成一个滚筒。反复此流程,直到零件已毕为止,固体粉末举动构造载体,样品的残存粉末被去除。

  FDM工夫是1992年由Stratasys公司开荒和贸易化,FDM是将熔融和挤压资料(大凡是热塑性集结物)通过一个带有小孔的可挪动喷嘴正在基板平台上创筑出了三维众孔性支架,被遍及用于结构工程范围支架的制备。喷墨印刷又称三维印刷(3D printing,3DP)是1989年麻省理工学院开荒的喷墨打印工夫之一。该工夫通过正在粉末床上的一层拔取性地喷涂液体粘合剂来创筑一个繁复的三维固体物体,它将颗粒团结正在沿道造成一个固体层。然后低重粉末床,由滚筒将新的粉末层铺正在前一层的外貌上。

  反复此流程,直到获得预先安排的对象。跟着结构工程范围的推敲起色,诸众科学家继续实验将结构工程的三因素(种子细胞、成长因子及支架)举办继续的交融,希望普及人制结构更好修复人体软硬结构的缺损,从而成立性的发通晓3D打印“生物墨水”工夫。

  生物墨水必需是生物相容性佳的凝胶,才华更好将细胞搀和正在凝胶中,从而更好打印出理思的支架,He等通过推敲浮现:①生物墨水必需具备黏度的可调性(譬喻通过温度、剪切变细等性情),唯有可调才华安排适合的打印形式及打印参数区间;②生物墨水正在打印前倘若液态的,以避免阻碍喷嘴,打印后要能连忙变为固态以维系体式;③具有或找到针对该资料的打印窗口或工艺参数区间也尽头紧急。因为PVA凝胶的诸众所长,正在运用3D打印时可涌现液态,也许正在来日希望成为3D打印的生物墨水。

  运用3D打印工夫制备出优异的结构工程支架,往往离不开知足生物学机能的优质生物资料。PVA分子式为(C2H4O)n,是由聚醋酸乙烯脂水解而成的一种具有生物降解性的水溶性高分子,其分子链上含有洪量羟基,于是具有优良的水溶性、成膜性、粘结性、热牢固性。同时,因其具备较好的刻板机能、化学牢固性、易于成型、无毒、无不良反响,以及与人体结构优良的相容性,以是其正在生物医学各个方面获得了遍及的利用。

  He等运用FDM工夫修建三维煅烧羊椎骨-双相陶瓷复合资料/PVA凝胶支架,正在体外培育兔骨髓间充质干细胞,然后接种到通过3D打印得到的灭菌骨支架上,通过毒性检测、抗压力试验、k8彩乐园三维孔隙认识,剖明复合PVA支架具备上述一系列的所长。以是PVA因其生物相容性、可降解性等要素,越来越众的推敲将其用作骨结构替换资料。

  因PVA具备优良的物理机能及化学机能。以是PVA复合胶原、甲壳素、马鹿角粉及丝素卵白(silk fibroin,SF)等自然高分子集结物之后,可筑制生物相容性优良的骨支架,因自然集结物具有细胞识别信号(如某些氨基酸序列),利于细胞黏附、增殖和分裂。PVA常复合人工合成众聚体资料,以聚乳酸、聚羟基乙酸及其聚乳酸-羟基乙酸共聚物为代外,聚乳酸和聚羟基乙酸依然通过美邦FDA的接受,许可举动植入物。

  赵小琦等运用FDM工夫以15%PVA凝胶,分散搀和鹿角粉、纳米级羟基磷灰石(nano-hydroxyl apatite,nHA)打印出鹿角粉/PVA支架与n-HA/PVA支架,对其机能举办了认识,得出鹿角粉/PVA支架具有优良的刻板力学机能及细胞相容性,可举动异种骨结构工程支架资料推敲的新倾向。丁刘闯等运用FDM工夫正在体外以SF/PVA凝胶体积比为1∶4的比例举办搀和配成搀和液及将nHA粉与SF/PVA凝胶搀和液、15%PVA凝胶打印的SF/PVA/nHA支架与PVA/nHA支架的推敲,得出PVA/nHA支架与SF/PVA/nHA支架具有优良的理化机能和细胞相容性,3D打印SF/PVA/nHA支架有特别优秀的孔隙率以及法规连结的支架构造。

  周琦琪等行使15%PVA溶液,分散将nHA、羊椎骨粉与PVA溶液混匀,运用FDM工夫3D打印成型,对其认识得出,3D打印羊椎骨粉/PVA支架具有优良的物理、化学机能及骨诱导性。Ngadiman等运用FDM工夫和静电纺丝工夫制备了PVA/磁赤铁矿结构工程支架,并举办了支架降解和细胞穿透试验,剖明复合PVA支架或许降解并有利于人成纤维细胞的黏附成长。

  复合PVA支架除正在骨结构工程范围的推敲除外,正在其他诸众结构工程支架范围也均有涉及,正在外周神经结构再生范围,Weller等将PVA水凝胶植入物用于拇指腕掌闭节及神经导管用于数字神经修复。正在血管再生范围,Pazos等优化PVA水凝胶支架的拉伸机能,可般配猪主动脉的根部。正在结构缺损修复等范围,Costa-junior等制备PVA/壳聚糖交联水凝胶,浮现成纤维细胞正在支架上的粘附性好,无毒,可举动结构缺损愈合的敷料。

  现正在越来越众的推敲经外科手术修建动物骨缺损区模子,选用3D打印步骤制备性情化、精准化的骨结构工程支架,将体外修建的结构工程骨移植于骨缺损区,连结张望一段工夫,正法实行动物,取出动物骨缺损区的复活结构,对其举办骨造成的认识,检测一系列相闭血管天生及骨造成目标。

  Song等运用3DP打印工夫打印纳米双相磷酸钙(nano-biphasic calcium phosphate,BCP)/PVA/富含血小板的纤维卵白(platelet-rich fibrin,PRF)支架,推敲剖明支架正在体外对骨髓间充质干细胞的粘附、增殖和成骨分裂的推进用意明明优于3D打印BCP/PVA支架。正在兔体内,3D打印BCP/PVA/PRF支架正在临界巨细的节段性骨缺损模子中比拟BCP/PVA支架明明有助于骨造成。

  Somasundaram等运用SLS打印工夫打印众孔性氧化石墨烯复合PVA支架回植动物体内,浮现三维打印氧化石墨烯加强了支架的强度。同时,2.5%氧化石墨烯推进了成骨细胞增殖和分裂。He等将3D打印羊椎骨粉/PVA支架植入兔子体内,外示出其优良的生物相容性。

  张旭婧通过3D同轴(FDM)打印SF/PVA复合水凝胶,并与HA搀和制备SF/PVA/HA复合支架回植动物体,过程支架的降解试验及细胞毒性试验认识剖明,声明了3D打印SF/PVA及SF/PVA/HA复合支架的降解速度及成骨出力,其为骨结构工程支架为基本的植入式载药缓释编制的推敲和利用供应了必定的实行凭借。

  3D打印PVA复合其他生物相容性高强度资料,能够加强刻板应力,将希望成为结构工程骨修复临床患者骨缺损的新型骨移植资料。目前,诸众复合PVA支架的推敲还处于体外认识的早期阶段,洪量的体内推敲另有待举办。前瞻性的体外和体内推敲更有助于阐明复合PVA支架的现实利用价格及其诱导骨造成的用意机制。

  出处:刘小元,张凯,韩祥祯,左新慧,李君,何惠宇.3D打印复合PVA骨结构工程支架推敲近况[J].口腔疾病防治,2020,28(01):52-55.