丝素蛋白增强PLA可制造3D打印交锁髓内钉以治疗骨折

来源：航天智造

骨干骨折是一种常见的骨折，它发生在长骨的骨干上，如股骨，可以用带锁的钉子来治疗，钉子插入骨中，并在末端用螺钉固定。但由于长时间植入钉子可能会出现并发症，比如不锈钢等材料不能为细胞提供良好的生物环境，最终需要移除这些钉子。

泰国清迈大学的一组研究人员近日发表了一篇论文《从四种不同的泰国本地丝茧中提取和制备丝素蛋白，用于骨植入应用》介绍了关于他们使用PLA进行的工作，并使用本地采购的丝素蛋白材料进行了增强，以3D打印生物复合材料制作带锁钉子。蚕丝看起来感觉柔软，但是蛋白质纤维由75％的生物相容性丝蛋白制成，这是一种坚固不可溶的材料，在医学领域有多种应用，包括伤口缝合、伤口愈合和组织工程。

研究人员写道：“先前的研究证明，丝心蛋白具有良好的生物学和机械性能，例如生物相容性，生物降解性，水渗透性，无细胞毒性以及丝纤维的强度和弹性。丝纤维的极限抗拉强度为740 MPa，而胶原蛋白和聚乳酸的极限抗拉强度分别仅为0.9至7.4和28至50 MPa。”该团队选择了四种本地泰国家蚕丝茧以提取丝素蛋白：Nangnoi Srisaket-I（NN），Nanglai（NL），Luang Saraburi（LS）和J108。他们将茧切成小块，然后将其脱胶，漂洗并干燥24小时，然后再溶解于溶剂中。

将所得溶液在去离子水中浸泡三天，每天更换水，然后将透析的丝溶液过滤并冷冻。最后，为了产生海绵，将冷冻的溶液冻干（冷冻干燥）。研究人员写道：“提取后，通过扫描电子显微镜（SEM），能量色散X射线（EDS）和傅立叶变换红外光谱（FT-IR）对每种蚕茧的纤维蛋白进行表征并比较其物理性质 。然后，对人类胎儿成骨细胞系进行了细胞活力和细胞毒性的生物学测试。”

研究人员使用FTIR光谱法研究了“再生的每个丝支架中的纤维蛋白蛋白的构型”，每个物种均显示出典型的随机卷曲结构和Beta-sheet结构。SEM和EDS测试表明，每种丝素蛋白种类均具有相互连接的孔，平均尺寸为10-60微米。

研究小组写道：“如图4所示，丝素蛋白的重量百分比仅由碳（C），氮（N）和氧（O）元素组成，它们象征着家蚕的蛋白质化合物。”

最后，对四种丝素蛋白溶液进行了Alamar蓝分析，以观察细胞活力并确认它们无毒。研究人员指出：“每种蚕丝与对照的比较表明，所有支架的细胞活力百分比均不是显着的对照（p值> 0.05），如图5所示。”

该测试的结果表明它们都具有非细胞毒性，这意味着它们可以安全地用于动物和人体。

据了解，该研究小组在未来的研究中，将采用3DP工艺来增强生物性能中最好的蚕丝，以增强PLA带锁钉子。从结果来看，所有丝茧物种都具有非细胞毒性能力，可在人体或动物体内使用而不会造成危害。对于未来的工作，将对丝素蛋白增强PLA的3DP生物复合长丝进行测试，并观察其他功能，例如细胞增殖能力，机械性能和生物3D打印状态等。