絲素蛋白增強PLA可制造3D打印交鎖髓內釘以治療骨折

來源：航天智造

骨干骨折是一種常見的骨折，它發(fā)生在長骨的骨干上，如股骨，可以用帶鎖的釘子來治療，釘子插入骨中，并在末端用螺釘固定。但由于長時間植入釘子可能會出現(xiàn)并發(fā)癥，比如不銹鋼等材料不能為細胞提供良好的生物環(huán)境，最終需要移除這些釘子。

泰國清邁大學的一組研究人員近日發(fā)表了一篇論文《從四種不同的泰國本地絲繭中提取和制備絲素蛋白，用于骨植入應用》介紹了關于他們使用PLA進行的工作，并使用本地采購的絲素蛋白材料進行了增強，以3D打印生物復合材料制作帶鎖釘子。蠶絲看起來感覺柔軟，但是蛋白質纖維由75％的生物相容性絲蛋白制成，這是一種堅固不可溶的材料，在醫(yī)學領域有多種應用，包括傷口縫合、傷口愈合和組織工程。

研究人員寫道：“先前的研究證明，絲心蛋白具有良好的生物學和機械性能，例如生物相容性，生物降解性，水滲透性，無細胞毒性以及絲纖維的強度和彈性。絲纖維的極限抗拉強度為740 MPa，而膠原蛋白和聚乳酸的極限抗拉強度分別僅為0.9至7.4和28至50 MPa。”該團隊選擇了四種本地泰國家蠶絲繭以提取絲素蛋白：Nangnoi Srisaket-I（NN），Nanglai（NL），Luang Saraburi（LS）和J108。他們將繭切成小塊，然后將其脫膠，漂洗并干燥24小時，然后再溶解于溶劑中。

將所得溶液在去離子水中浸泡三天，每天更換水，然后將透析的絲溶液過濾并冷凍。最后，為了產生海綿，將冷凍的溶液凍干（冷凍干燥）。研究人員寫道：“提取后，通過掃描電子顯微鏡（SEM），能量色散X射線（EDS）和傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）對每種蠶繭的纖維蛋白進行表征并比較其物理性質 。然后，對人類胎兒成骨細胞系進行了細胞活力和細胞毒性的生物學測試。”

研究人員使用FTIR光譜法研究了“再生的每個絲支架中的纖維蛋白蛋白的構型”，每個物種均顯示出典型的隨機卷曲結構和Beta-sheet結構。SEM和EDS測試表明，每種絲素蛋白種類均具有相互連接的孔，平均尺寸為10-60微米。

研究小組寫道：“如圖4所示，絲素蛋白的重量百分比僅由碳（C），氮（N）和氧（O）元素組成，它們象征著家蠶的蛋白質化合物。”

最后，對四種絲素蛋白溶液進行了Alamar藍分析，以觀察細胞活力并確認它們無毒。研究人員指出：“每種蠶絲與對照的比較表明，所有支架的細胞活力百分比均不是顯著的對照（p值> 0.05），如圖5所示。”

該測試的結果表明它們都具有非細胞毒性，這意味著它們可以安全地用于動物和人體。

據(jù)了解，該研究小組在未來的研究中，將采用3DP工藝來增強生物性能中最好的蠶絲，以增強PLA帶鎖釘子。從結果來看，所有絲繭物種都具有非細胞毒性能力，可在人體或動物體內使用而不會造成危害。對于未來的工作，將對絲素蛋白增強PLA的3DP生物復合長絲進行測試，并觀察其他功能，例如細胞增殖能力，機械性能和生物3D打印狀態(tài)等。