科學(xué)家制備出3D打印仿生蓮藕支架

臨床上,，大塊骨缺損的修復(fù)是人類面臨的挑戰(zhàn)之一,，3D打印技術(shù)可以便捷的制備形狀可控的多孔支架材料，廣泛應(yīng)用于生物材料和骨組織工程領(lǐng)域,。傳統(tǒng)3D打印支架具有多孔的結(jié)構(gòu),，將材料植入缺損部位后，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)胞沿著孔向內(nèi)滲入支架內(nèi)部,，有利于骨組織向內(nèi)長(zhǎng)入,，促進(jìn)骨缺損的修復(fù)。然而,，傳統(tǒng)3D打印支架在大塊骨缺損方面仍顯不足。傳統(tǒng)3D打印支架由實(shí)心的基元堆疊而成,，降低了材料的孔隙率,；傳統(tǒng)3D打印支架的孔隙呈階梯三維延伸狀，并沒有形成平直的孔道狀,，在流體力學(xué)上有較強(qiáng)的流體阻力,，不利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)胞滲入支架內(nèi)部，阻礙了修復(fù)過(guò)程中的成血管和成骨,�,！　�

近日，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員吳成鐵與常江帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì),，在3D打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)生物陶瓷用于血管化大塊骨缺損修復(fù)方面取得新進(jìn)展,。該研究團(tuán)隊(duì)受到自然界中蓮藕內(nèi)部平行多通道結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，采用3D打印制備出仿生蓮藕支架,，并與上海交通大學(xué)附屬第九人民醫(yī)院蔣欣泉團(tuán)隊(duì)合作,，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)該類支架相對(duì)于傳統(tǒng)3D打印支架，具有顯著提高大塊骨缺損的修復(fù)的能力,。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Science上,，并申請(qǐng)專利一項(xiàng)�,！　�

該研究團(tuán)隊(duì)把傳統(tǒng)3D打印支架每個(gè)基元的內(nèi)部做成平行多通道結(jié)構(gòu),，這種結(jié)構(gòu)有望促進(jìn)新血管和骨組織的長(zhǎng)入，有利于骨缺損的修復(fù),，并重新設(shè)計(jì)了內(nèi)部共軸鑲嵌的擠壓式3D打印針頭,，通過(guò)改進(jìn)的3D打印制備方法，實(shí)現(xiàn)一次性打印仿生蓮藕支架,，改進(jìn)的3D打印方法能夠調(diào)控仿生蓮藕支架的物理和化學(xué)性質(zhì),。采用該方法不僅可以用各種生物陶瓷（Akermanite， Al2O3,， ZrO2）,、金屬Fe和高分子海藻酸鈉等多種材料制備出仿生蓮藕支架,，而且能制備出不同形狀、孔道數(shù)目,、孔道直徑的仿生蓮藕支架,。此外，通過(guò)調(diào)控3D支架的基元堆砌方式和孔道數(shù)目,，來(lái)調(diào)控該仿生蓮藕支架的孔隙率和力學(xué)強(qiáng)度,。該仿生蓮藕支架的最高孔隙率達(dá)到80%，力學(xué)強(qiáng)度可達(dá)40MPa以上,，能滿足骨缺損修復(fù)材料的要求,。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過(guò)選擇生物活性良好的鎂黃長(zhǎng)石（Akermanite）陶瓷作為基體代表材料，來(lái)探究這種仿生蓮藕材料在骨組織再生工程中的性能和應(yīng)用,，分別制備了具有單孔道,、雙孔道、三孔道和四孔道的仿生蓮藕生物陶瓷支架,。體外生物學(xué)分析結(jié)果表明,，與傳統(tǒng)3D支架相比，該仿生蓮藕鎂黃長(zhǎng)石生物陶瓷支架更有利于細(xì)胞的粘附和增殖,，并隨著通道數(shù)目的增加,，其效果越明顯增加。體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,，該仿生蓮藕生物支架提高了骨組織再生能力和成血管化效應(yīng),，有利于骨缺損的修復(fù)。與傳統(tǒng)的3D生物活性支架相比,，該3D打印仿生蓮藕生物支架更有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向支架內(nèi)部的傳輸,，引導(dǎo)細(xì)胞和組織向內(nèi)長(zhǎng)入，從而促進(jìn)前期的成血管以及后期的成骨,，提高了骨缺損的修復(fù)性能,。由于其多通道高孔隙率的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該種材料還可以用于藥物大分子裝載,、表面功能化修飾以及催化,、能源、環(huán)境等其他領(lǐng)域,。

來(lái)源：生物谷