在組織工程中研究3D打印的PCL結(jié)構(gòu)

南極熊從外媒了解，瑞典和挪威的研究人員在組織工程學(xué)上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,，他們的最新發(fā)現(xiàn)發(fā)表在“ 3D打印PCL結(jié)構(gòu)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表征對(duì)軟生物組織支架的設(shè)計(jì)”中,，當(dāng)研究人員研究介孔結(jié)構(gòu)對(duì)組織支架力學(xué)性能的深入影響時(shí),，他們3D打印了許多基于聚（ε-己內(nèi)酯）（PCL）的支架樣品,，然后通過(guò)有限元分析（FEA）和計(jì)算流體對(duì)其進(jìn)行了分析。動(dòng)態(tài)（CFD）,。

生物打印繼續(xù)為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供巨大的潛力,，研究生物相容性支架的制造以及改進(jìn)它們的新方法是一個(gè)嚴(yán)肅的話題。支架必須全面模仿人類細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）,。這意味著它們必須能夠在以下方面發(fā)揮出色的性能：

• 機(jī)械
• 運(yùn)輸
• 化學(xué)制品
• 生物支架
  

如今,，諸如聚（ε-己內(nèi)酯）（PCL）之類的材料通常用于制造醫(yī)療設(shè)備和支架：“半結(jié)晶聚（ε-己內(nèi)酯）（PCL）由于其長(zhǎng)期的機(jī)械穩(wěn)定性，低熔點(diǎn)和高熱穩(wěn)定性而成為使用最廣泛的聚酯之一,，因此在3D打印技術(shù)”,，研究人員說(shuō),。

機(jī)械性能可以通過(guò)多種方式進(jìn)行調(diào)整,，但是，通過(guò)CAD等方法,，研究人員還可以控制尺寸,，孔隙率等。也可以使用基于圖像的設(shè)計(jì),，盡管可以限制材料以滿足高分辨率需求,，但可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速建模。盡管存在缺點(diǎn),，但其他替代方法（例如隱式曲面建模（依賴于數(shù)學(xué)方程式）和三重周期性最小曲面（TPMS））也可以有效,。

研究人員專注于軟生物組織在創(chuàng)建樣本中的應(yīng)用,，使用以下方法全面了解其特性：

• 有限元分析
• 差價(jià)合約
• 實(shí)驗(yàn)材料表征
• 美國(guó)證券交易委員會(huì)
• 數(shù)碼相機(jī)
• 掃描電鏡
• 微CT成像
  

在研究細(xì)觀結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，研究人員指出,，盡管這部分支架還可以引導(dǎo)營(yíng)養(yǎng),，細(xì)胞粘附和ECM復(fù)合物沉積，但“對(duì)相互作用的完整理解尚待開(kāi)發(fā)”,。他們注意到,，由于流動(dòng)引起的壁切應(yīng)力的特性，細(xì)觀結(jié)構(gòu)也影響細(xì)胞密度,。

研究人員說(shuō)：“所有腳手架均由九層組成,，股線直徑為SD = 0.4毫米�,！备鶕�(jù)以下參數(shù)研究了樣本：

• 股線取向
• 股線空間
• 股線直徑
• 股線長(zhǎng)度
  

腳手架設(shè)計(jì)的示意圖,。（a）基本（B）和漸變（G）細(xì)觀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建單元。（b）漸變和交錯(cuò)（GS）介觀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建單元,。（c）通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模擬研究的虛擬生物反應(yīng)器計(jì)算域的幾何表示,。（d）規(guī)定以壓縮方式加載腳手架的位移d。（e）規(guī)定使腳手架受拉時(shí)的位移d,。

描述了由基本（B）,，梯度（G）以及梯度和交錯(cuò)（GS）介觀結(jié)構(gòu)形成的研究腳手架設(shè)計(jì)�,？s寫：SD：線束直徑,；SL：鏈長(zhǎng),；SO：股線取向,；SS：鋼絞線空間。

設(shè)計(jì)分為以下幾類：

• 基本的
• 梯度
• 梯度介觀結(jié)構(gòu)
• 交錯(cuò)的細(xì)觀結(jié)構(gòu)
  

使用基本（B）,，梯度（G）,，梯度和交錯(cuò)（GS）介觀結(jié)構(gòu)的腳手架的機(jī)械性能,。（a）基于有限元分析（基于FEA）的腳手架在壓縮和拉伸下的彈性模量。（b）壓縮/拉伸模量與孔隙率之間的關(guān)系,。

“我們優(yōu)化了印刷溫度和速度,，以便在印刷過(guò)程中更好地復(fù)制支架的中觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但是,，還需要仔細(xì)控制環(huán)境因素,，例如溫度，以實(shí)現(xiàn)可再現(xiàn)的支架特性,。研究人員在總結(jié)性討論中解釋說(shuō)：“即使環(huán)境因素的微小變化也可能導(dǎo)致股線凝固不均勻,，并導(dǎo)致其他不良后果。”

“我們的結(jié)果表明,，基于PCL的結(jié)構(gòu)的3D打印是制造軟生物組織支架的完全可行的方法,。考慮到它們的機(jī)械和運(yùn)輸性能,，GS細(xì)觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是本研究探索的設(shè)計(jì)中最有前途的候選人,。這種設(shè)計(jì)的支架的生物學(xué)功能應(yīng)在生物反應(yīng)器和/或原位研究中進(jìn)一步研究�,！�

使用基本（B）,，梯度（G），梯度和交錯(cuò)（GS）介觀結(jié)構(gòu),，基于有限元分析（基于FEA）對(duì)腳手架中的von Mises應(yīng)力分布進(jìn)行預(yù)測(cè),。腳手架處于垂直壓縮狀態(tài)，圖像代表中截面的應(yīng)力,。虛線表示對(duì)稱線,。

隨著組織工程學(xué)的不斷發(fā)展，從電動(dòng)紡絲,，骨置換到細(xì)胞生存能力改善等方面,，支架的研究和實(shí)驗(yàn)也在不斷發(fā)展。

從基本（B）,，梯度（G）,，梯度和交錯(cuò)（GS）介觀結(jié)構(gòu)的3D打印PCL支架的SEM圖像中獲取的俯視圖和側(cè)視圖。

[來(lái)源/圖片：“ 3D打印的PCL結(jié)構(gòu)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表征,，用于軟生物組織支架的設(shè)計(jì) ”]