3D列印用於骨再生的具有分層多孔結構的羥基磷灰石/磷酸三鈣支架

2020-08-27 生物3D列印技術菌

3D列印支架近年來受到了相當大的關注，因為它們為骨細胞組織的再生提供了合適的環境，並且可以個性化定製形狀。在諸多挑戰中，材料成分和幾何結構對支架的性能有重大影響。羥基磷灰石和磷酸三鈣（HA / TCP）作為天然骨骼和牙齒的主要成分，具有良好的生物學特性，被廣泛用於骨支架的製造中。人們已經研究了許多製造方法來試圖獲得具有微孔結構的HA / TCP支架，從而促使細胞生長和營養運輸。然而，目前的3D列印方法只能實現具有一定範圍內的微孔結構的HA / TCP支架的製造。


近期，南加利福尼亞大學Yong Chen等人在Bio-Design and Manufacturing發表了題為3D printing of hydroxyapatite/tricalcium phosphate scaffold with hierarchical porous structure for bone regeneration的文章，開發了基於漿料的微型掩模圖像投影立體光刻技術，能夠獲得具有複雜幾何形狀（包括仿生特徵和分層多孔性）的基於HA / TCP的光固化懸液。


團隊研究了HA / TCP懸液的固化性能和物理特性，並開發了用於製造高粘度HA / TCP懸液的圓周運動工藝。基於這些研究，團隊對支架的組成成分進行了優化。研究團隊認為具有仿生分層結構的30 wt% HA / TCP支架表現出優異的機械性能和多孔性，在體外研究了細胞增殖，並在具有顱神經嵴細胞和骨髓間充質幹細胞的長骨的裸鼠體內模型中進行了手術。結果表明，具有仿生分層結構的3D列印的HA / TCP支架是生物相容的，且具有足夠用於手術的機械強度。


圖一 具有仿生分層多孔結構的3D列印的HA / TCP支架的示意圖


圖二 使用基於漿料的微型掩模圖像投影立體光刻技術製造HA / TCP支架


圖三 在不同條件下燒結的3D列印的HA / TCP杆的孔隙率和機械性能


圖四 具有分層多孔結構的HA / TCP支架


圖五 在不同條件下列印的HA / TCP支架的生物相容性以及植入列印支架的活體裸鼠

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