新型3D打印支架PLA-CaP可促進血管形成,，為骨愈合帶來新希望

導讀：骨骼是一種血管豐富的組織,，科學界長期以來一直在討論血管生成與骨愈合之間的聯系,，有幾項研究描述了由于缺乏或減少血管生成而導致的骨愈合受損。傳統(tǒng)的移植方法經常導致并發(fā)癥,，因為植入物的血管供應不足導致整合不良和組織壞死,。

2024年12月26日，南極熊獲悉,，來自加泰羅尼亞生物工程研究所 (IBEC) 的研究人員開發(fā)了一種新的 3D 打印支架,，旨在通過增強血管形成來改善骨骼愈合。

研究團隊由再生療法生物材料小組高級研究員 Oscar Castaño 領導,，相關研究以題為“Combining three-dimensionality and CaP glass-PLA composites: Towardsan efficient vascularization in bone tissue healing”的論文發(fā)表在《生物材料進展》雜志上,。他們應用 3D 生物打印技術開發(fā)了支持血管生成和血管成熟的聚乳酸和磷酸鈣基玻璃支架。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2024.213985

研究利用 3D 打印技術制作出可精確控制幾何形狀,、孔隙率和表面特征的支架,。這些結構旨在模仿天然骨骼的組成，既有有機成分,，也有無機成分,，同時保持營養(yǎng)物質運輸和細胞滲透所需的孔隙率。

△PLAG5*20%支架中的茜素紅染色突出了礦化部位,，提供了 3D 大孔隙度及其增強成骨能力的證據,。圖片來源：加泰羅尼亞生物工程研究所 (IBEC)

骨骼由非礦化有機部分（主要是膠原蛋白）和礦化無機部分（主要是羥基磷灰石）組成。在這種結構中,，需要 3D 孔隙率來確保營養(yǎng)和氧氣的運輸,，以及允許血管化、細胞浸潤和廢物清除,。研究人員的方法是基于使用磷酸鈣 (CaP) 基玻璃支架來改善聚乳酸 (PLA) 的特性,，以獲得一種符合骨組織化學、機械和生物需求的材料。

新型 PLA-CaP 支架可實現充分的血管化,，這不僅可以治愈組織,，還可以實現有效再生，從而減少或消除骨疤痕,。為了制造這些支架,，研究人員采用了 3D 打印技術，以精確控制支架的幾何形狀,、孔隙率和表面特性,。該研究的第一作者Celia Ximenes-Carballo 解釋道：“這種創(chuàng)新方法可以定制模仿天然骨骼結構的支架，這對于增強愈合過程中的細胞浸潤和營養(yǎng)交換至關重要,�,！�

△圖：支架設計和形狀保真度。（a）計劃使用 200 μm 尖端打印的支架設計,。（b）不同支架的可打印性指數 (Pr),。右側為打印支架的圖像（頂部）和 Pr 的解釋：Pr 值 =1 定義高形狀保真度，而 Pr 值大于和小于 1 定義封閉或不規(guī)則的孔隙,。

△圖：支架微孔率取決于 3D 打印時溶劑的置換方式,。 (a) 使用不同的溶劑置換方法通過 FE-SEM 對支架表面進行成像（比例尺為 20 μm）。 (b) 支架橫截面（比例尺為 20 μm）,。

體外試驗表明,，3D 打印支架支持人類間充質干細胞增殖，并刺激血管內皮生長因子的分泌——這是促進血管形成的關鍵因素,。此外,，支架將鈣離子釋放維持在生理水平，這是支持血管形成的另一個重要因素,。

另一方面,，使用皮下小鼠模型對支架進行體內測試也顯示出了良好的結果。在植入后僅一周內,，支架就表現出良好的整合和明顯的血管浸潤,。PLA-CaP 支架特別有效，在四周后顯示出血管成熟度增加,，沒有血管退化的跡象,。對血管的分析顯示，血管壁最初很薄,，但隨著時間的推移變得更厚更穩(wěn)定,。這一進展表明，支架不僅為血管生長提供了初始支持,，還為骨再生所必需的持久血管化創(chuàng)造了有利的環(huán)境,。

“我們相信,，我們的 3D 打印支架可以徹底改變我們處理骨再生的方式。通過增強血管化,，我們可以顯著改善愈合效果，并降低與傳統(tǒng)移植方法相關的并發(fā)癥的可能性,�,！�

——OscarCastaño，IBEC 高級研究員,。

這些先進支架的開發(fā)凸顯了 3D 打印技術與鈣釋放顆粒等生物活性材料相結合的協(xié)同效應,。PLA-CaP 支架的結構不僅有利于改善血管形成，而且還支持成骨,，為更有效的骨愈合策略鋪平了道路,，并有可能降低移植失敗率。