近期，生物3D列印大牛昆士蘭科技大學Dietmar Hutmacher組ACS Macro Letter期刊上發表了「Personalized, Mechanically Strong, and Biodegradable Coronary Artery Stents via Melt Electrowriting」的文章。
摘要：可生物降解的冠狀動脈支架是永久支架的替代品。這些設備旨在在血管癒合後降解，而留下再生的動脈。臨床上可用的可生物降解支架的最初一代需要比不可降解的支架厚得多的支撐杆（約150μm），以確保足夠的機械強度。然而，這些較粗的支柱被證明是支架臨床失敗的關鍵因素。當前的挑戰在於製造既具有薄的支柱又具有足夠的機械強度的支架。在這項貢獻中，研究者描述了一種自底向上，與基礎聚合物相比具有超細纖維和優異機械性能的可生物降解複合材料支架的增材製造方法。具體來說，利用熔融靜電直寫（MEW）3D列印具有超細直徑（60–80μm）和高度幾何複雜性的複合支架結構。此外，這項技術還允許根據患者的獨特解剖結構和疾病狀態定製製造個性化支架。研究者證明了聚己內酯還原的氧化石墨烯納米複合材料與原始聚己內酯相比具有優異的機械性能，且不會損害材料的細胞相容性，並且可以用這些材料製造出可定製的支架狀結構，其撐杆厚度可薄至60μm，遠低於目標臨床使用值為80μm。
背景
儘管可生物降解支架具有潛在優勢，但首個臨床可用的雅培的生物可吸收血管支架在臨床試驗期間顯示出較高的晚期血栓形成率，導致其從市場上撤出。部分原因是Absorb支架的臨床失敗歸因於不良的生物材料選擇和支架設計。這些裝置由聚L-乳酸（PLLA）製成，雖然使裝置具有所需的生物降解性能，但該材料卻缺乏所需的機械性能。支架所需的支撐杆要厚得多（150μm），與具有約80μm支杆厚度的永久性金屬支架（例如Synergy或Xience）相比。較厚的支撐杆通過在血管內腔中暴露更多促血栓形成的物質，促進炎症並導致內皮細胞和血小板所經歷的剪切應力發生顯著的促血栓形成變化，從而導致支架失效。
因此，研究者旨在通過使用新興的熔融靜電直寫（MEW）3D列印技術與聚己內酯還原氧化石墨烯（PCL-rGO）納米複合材料油墨相結合，生產出具有細支杆（<80μm）的可定製的支架狀結構，從而提高機械性能。研究者列印了彎曲、直角、不同支撐間距等多種支架結構，為個性化支架設計提供了可能。並可以通過圖案設計改變間距和增加列印層數來改變支架的彎曲強度。
為減少血栓的形成，支架最好能內皮化以及減少血小板的聚集等。PCL-rGO的複合支架相比單獨PCL支架具有更好的內皮化作用。PCL-rGO表面也沒有出現血小板的粘附增多，說明PCL-rGO不會增加血栓的形成。以上結果表明，PCL-rGO材料易於列印且具有很好的內皮化及減少血小板聚集的作用，有望開發成為未來的可降解心臟支架。
圖1 列印的PCL-rGO心臟支架
圖2 列印的PCL-rGO心臟支架的電鏡圖像
圖3 列印的PCL-rGO心臟支架的力學效果
圖4 內皮細胞的附著和增殖
圖5 血小板粘附的電鏡圖像
參考文獻
Personalized, Mechanically Strong, and Biodegradable Coronary Artery Stents via Melt Electrowriting
Katarzyna Somszor, Onur Bas, Fatemeh Karimi, Tara Shabab, Navid T. Saidy, Andrea J. O』Connor, Amanda V. Ellis, Dietmar Hutmacher, and Daniel E. Heath
ACS Macro Letters 0, 9
DOI: 10.1021/acsmacrolett.0c00644