《Nature Communications》立体光刻4D 聚碳酸酯作为软组织修复支架

来源：高分子材料科学

摘要：3D 打印已成为克服传统组织工程支架设计的加工和形态限制的最有前途的工具之一。然而，需要改进的微创、空隙填充材料以提供机械支撑、生物相容性和表面侵蚀特性，以确保在愈合过程中一致的组织支撑。

最近，英国伯明翰大学Andrew C. Weems、Andrew P. Dove教授团队设计了软的、弹性脂肪族聚碳酸酯基材料，为经过光聚合形成支撑性软组织工程支架。打印支架的 4D 特性体现在它们的形状记忆特性上，这使它们能够填充模型软组织空隙而不会使周围材料变形。在体内，发现脂肪细胞小叶在 2 个月内渗入表面侵蚀支架，同时观察到新血管形成。值得注意的是，减少的胶原胶囊厚度表明这些支架在脂肪组织工程和修复方面非常有前景。相关论文以题为4D polycarbonates via stereolithography as scaffolds for soft tissue repair发表在《Nature Communications》上。

主图导读

    图 2：材料配方和 3D 打印。凝胶时间，对应于树脂的光流变相变行为研究 (a) 和烯烃单体通过硫醇-烯自由基反应转化为含硫醚的物质 (b) 在 340–430 nm 和 10 mW·cm−2 辐照下 30 s 对于不同的树脂成分。多孔支架在数字光处理 (DLP) 3D 打印过程中被还原为 2D 图像和光交联 (c)，并用于产生与 CAD 效果图相同的多孔结构（示例原型的象形图，比例尺 = 2 mm (d) 和显微 CT 代表图像，比例尺 = 500 μm (e)。

    图 3：细胞对聚碳酸酯基材料的反应。PTMPTX (a, c) 和 PNTCTX 支架 (b, d) 的脂肪细胞 (a, b) 和成纤维细胞 (c, d) 的代表性图像。增殖 7 天后，脂肪细胞在顶部 (e) 和底部 (f) 的 3D PTMPTCX 支架上的共聚焦图像。具有代表性的印刷阶梯金字塔结构（具有光滑的玻璃表面铸造和交替阶梯设计），来自两个表面的相应图像叠加以显示 7 天（g）后的细胞（前成骨细胞）迁移，显示之间没有差异 表面形态和细胞增殖。

图 4：聚碳酸酯基材料的热机械性能。

图 5：形状记忆行为。

图 6：3D 打印材料的膨胀和降解行为。

    图 7：组织病理学分析。来自 PLLA 对照材料在 1 个月（a）和 4 个月（e）与 PTMPTCX 膜同时（b、f）的代表性组织学图像。4 个月后，PTMPCX (c, g) 和 PNTCTX (d, h) 打印支架的 Masson 三色 (c, d) 和 H&E (g, h) 图像，以及相应的组织学评分和评估。

总结
总之，可印刷性、形状记忆、表面侵蚀和优异的生物相容性的独特组合，再加上调节所得聚碳酸酯的热机械性能的能力，使它们能够在组织工程的各种应用中展现出巨大的应用潜力。这种设计合理的材料允许使用光聚合增材制造轻松合成和有效加工合成聚合物组织支架。这开启了医疗保健、制造和治疗领域的广泛应用，旨在提高患者的生活质量。这些基于聚碳酸酯的系统的多功能性可以使其应用扩展到腹腔镜设备设计或调整用于导管等应用以及用于心血管、肾脏或肝脏手术的其他微创手术技术，其中可注射或需要可压缩的支架和贴片。

参考文献：
doi.org/10.1038/s41467-021-23956-6