深圳先進(jìn)院等在生物3D打印精準(zhǔn)構(gòu)建仿骨骼徑向結(jié)構(gòu)材料取得進(jìn)展

來(lái)源：深圳先進(jìn)院

2012年12月，近日,，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所退行性中心的阮長(zhǎng)順,、潘浩波和哈爾濱工業(yè)大學(xué)富宏亞多團(tuán)隊(duì)交叉協(xié)作,，提出一種可用于擠出式3D打印的仿天然骨組織“松質(zhì)骨-皮質(zhì)骨”徑向連續(xù)孔隙調(diào)控的骨組織工程支架構(gòu)筑策略,，將分形學(xué)理論結(jié)合骨組織工程支架生物制造中，克服了傳統(tǒng)擠出式3D打印技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)徑向梯度孔隙結(jié)構(gòu)的困難,。 相關(guān)研究成果以“Fractal Design Boosts Extrusion-Based 3D Printing of Bone-Mimicking Radial-Gradient Scaffolds”為題,，發(fā)表在綜合性領(lǐng)域權(quán)威期刊Research。哈爾濱工業(yè)大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)院醫(yī)藥所聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生屈華偉為論文第一作者,，醫(yī)藥所阮長(zhǎng)順研究員,、潘浩波研究員和哈爾濱工業(yè)大學(xué)富宏亞教授是論文的通訊作者。

臨界骨缺損修復(fù)作為骨科面臨的主要問(wèn)題之一嚴(yán)重影響人們的健康和生活質(zhì)量,。人體天然骨組織由高孔隙率的松質(zhì)骨和低孔隙率的密質(zhì)骨組成,，具有緊密的徑向梯度結(jié)構(gòu)。如何實(shí)現(xiàn)骨植入修復(fù)材料具有天然骨組織徑向梯度結(jié)構(gòu)一直是骨組織工程研究領(lǐng)域的難點(diǎn),。擠出式3D打印，因其操作簡(jiǎn)單、可用材料范圍廣,、易于細(xì)胞打印等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用,，目前雖有一些文獻(xiàn)通過(guò)調(diào)整擠出絲束直徑和分布間距等參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)具有軸向梯度孔隙的支架，但對(duì)于支架沿徑向梯度變化的研究仍具挑戰(zhàn),。

△仿生徑向梯度骨組織工程支架的設(shè)計(jì)示意圖

鑒于此,，該團(tuán)隊(duì)受分形理論的啟發(fā)，基于科赫雪花的迭代規(guī)則設(shè)計(jì),、定義了分形支架的分形曲線的單元線條,。通過(guò)將分形單元線條進(jìn)行圓周陣列得到分形層，并設(shè)計(jì)圓環(huán)層使其在擠出式3D打印堆積成型的過(guò)程中與分形層相互支撐,。此外,，為了參數(shù)化構(gòu)建徑向梯度骨組織工程支架，還搭建了“設(shè)計(jì)-分析-制造”的工作流,。研究結(jié)果表明所構(gòu)建的仿生徑向梯度支架在孔隙結(jié)構(gòu),、滲透性能、機(jī)械性能等方面展現(xiàn)優(yōu)異的梯度特征,。

該項(xiàng)目得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、國(guó)家自然基金、中國(guó)科學(xué)院青促會(huì),、廣東省及深圳市基礎(chǔ)研究等項(xiàng)目資助,。