低温生物3D打印通过增强血管生成改善骨骼再生
时间：2020-09-12 18:03 来源：中国3D打印网 作者：中国3D打印网 阅读：次
细胞活力通常是最大的问题。组织工程学虽然如今变得越来越成功，但仍然是一个极其微妙的过程，因为细胞不仅必须在实验室中生长，而且还必须在实验室中维持。因此，科学家一直在努力改善支架等结构，因为在大多数情况下，它们负责支持正在打印的细胞。在这项研究中，作者强调了在骨再生中同时需要“出色的成骨和血管生成”。
在这种情况下，研究人员采用了低温3D打印技术，其中，液体和固体之间的相变被用来触发聚合反应，从而生成可以维持其形状的极其柔软的物体。作者使用β-磷酸三钙（β-TCP）和含有成骨肽（OP）的复合乳胶油墨的组合3D打印双重递送支架。低温3D打印通常涉及在低温下3D打印凝胶状材料，以使其以固体形式沉积，或者在制造时冻结打印的半液体结构。这些方法通常导致组织工程更可行的结构，并且在过去的几年中在研究中变得越来越流行。在这里，研究人员在冰水浴中搅拌TCP材料30分钟（因此称为“低温”），然后将其与OP组合在一起并在专用打印机中进行打印。然后将得到的支架冷冻干燥以除去任何水和与OP混合的复合乳液油墨。然后将支架包被在含有胶原的血管生成肽（AP）中，在37℃下胶凝30分钟，并在室温下干燥。使用OP旨在促进成骨或骨骼生长，而AP则旨在促进血管生成，即新血管的形成。
通过低温3D打印和随后的水凝胶涂层制造AP和OP交付的TCP / PLGA复合支架的示意图。可以将支架植入骨缺损中以诱导所需的血管形成改善的骨再生。
在对材料进行表征的过程中，连同体外和体内研究，研究人员发现，在大鼠身上进行测试时，双肽输送支架可“改善新的骨形成”，并改善组织中的血管形成。在研究机械性能时，研究人员发现胶原蛋白I水凝胶的抗压强度和弹性模量低，而T和TB支架的强度和弹性模量与人体骨骼更接近。还发现胶原蛋白I水凝胶在骨骼组织工程支架（即TV和TVB支架）上的进一步涂层，仅观察到压缩强度和弹性模量略有降低，这表明低温3D打印骨骼组织工程研究人员解释说：“涂有胶原蛋白I水凝胶薄层的支架在机械上适合修复/再生缺损的骨组织。”
OP / TCP / PLGA和AP /胶原蛋白/ OP / TCP / PLGA支架的形态和力学性能。 （a）和（e）：数字图像； （b-d，f-h）：不同放大倍数下不同支架的SEM显微照片； （i）脚手架和控制的抗压强度； （j）支架和对照的弹性模量。 T，TV，TB，TVB分别指TCP / PLGA，AP /胶原蛋白/ TCP / PLGA，OP / TCP / PLGA，AP /胶原蛋白/ OP / TCP / PLGA。
体外研究显示，TV和TVB组的AP迅速释放，达到58％的水平，但十天后达到稳定水平。从结核支架释放的OP显示出“更持续的释放水平”。 42天后达到了79％。
双肽递送支架的体外释放行为和降解行为。 （a）在42天的测试期内释放血管生成肽和成骨肽的行为； （b）在8周的测试期内双肽递送支架和对照的剩余重量。
体内研究表明，仅在大鼠颅骨缺损的周围区域显示了骨再生。 T型支架和TV型支架的缺陷显示再生不完全，而TB支架中的空腔除了支架与缺陷之间的间隙外，还充满了新的骨组织。 TVB支架随着颅骨缺损的再生而显示出“极大的改善”。由于AP和OP的“协同效应”带来的血管生成和成骨作用，TVB支架最有可能显示出最大程度的再生。总体而言，体外血管生成得到改善，而体外成骨分化也得到增强。
通过Masson三色染色法植入不同支架后3个月，对大鼠颅骨缺损中再生组织的组织学分析。注：“ S”代表支架； “红色箭头”表示船只； “黄星”表示新的骨骼和类骨质。 [来源/图片：“双重运送支架的低温3D打印，可通过增强血管生成改善骨骼再生”]
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