3D打印实现断骨再生，将会彻底改变再生医学

文章来源：贤集网

近几十年来，医学科学取得了重大进展，为以前难以治疗的疾病提供了创新的解决方案。发表的一个研究，展示了一种使用 3D 打印再生骨组织的方法，可以彻底改变再生医学。

再生医学是医学科学的一个分支，开发疗法来替代因疾病、缺陷或损伤而受损的组织、器官和细胞。这是一个全新的医学科学领域，有望为以前难以治疗的疾病和受伤的患者提供帮助。

纳米结构的生物活性材料，由于其再生能力而在该领域受到关注。它们复制了天然组织的特性并模仿了它们的结构。这些先进的医疗材料可以使用 3D 打印和其他技术进行加工和应用。

再生骨组织：一项重要的医学进展

衰老会导致渐进的健康问题。骨质疏松症等疾病会随着患者年龄的增长而发生，给个人带来痛苦并增加医疗保健负担。传统治疗包括骨移植，除此之外，其他方法无法模仿天然组织的特性和结构。出于这个原因，包括骨组织工程在内的几个新的研究领域已经被开发出来。

骨组织工程领域涉及支持骨骼生长和诱导再生的仿生装置的开发。先进的生物活性材料被 3D 打印成功能支架，用于骨组织工程技术。

这些与靶组织相互作用并诱导治疗反应。复合材料基于 1 型胶原蛋白和羟基磷灰石（也常用于牙科），因为它们是骨组织的主要成分。

复合仿生材料产生整骨反应，诱导生长、增殖甚至分化。这导致骨组织的再生。骨组织工程领域材料制造中常用的3D打印技术是挤压成型。这是由于其多功能性和可扩展性。然而，在制造用于骨再生应用的坚固耐用的仿生材料方面仍然存在几个关键挑战。


△GEN-Coll/nanoHA (B) 和 GEN-Coll/MBG_Sr4% (C) 在 10 °C 下的粘度 (A) 和粘弹性特性的变化

1 型牛胶原蛋白是再生受损或患病骨组织的有前途的材料。这些生物活性材料包含功能丰富的纳米粒子，并且可以使用支撑浴轻松进行 3D 打印。但是，它们的使用存在一些问题。它们在印刷过程后难以完全去除，用于改善其支架结构完整性的交联剂，会导致几何清晰度的丧失和印刷结构的部分坍塌。

需要替代工艺来克服这些生物材料的局限性。

现在，研究团队提出了一种基于牛胶原蛋白制造更强、更合适的生物活性材料的方法，这将有助于彻底改变人类骨组织再生技术。

论文中报道的过程旨在改善牛胶原蛋白形成的特性。将交联剂添加到印刷配方中，然后再将它们从支撑浴中取出。选择的交联剂是京尼平，它通过触发原位交联提高了胶原蛋白 3D 打印支架结构的稳定性。

用于支撑浴的溶液是海藻酸，研究发现海藻酸维持了胶原材料的 3D 打印结构，并且在 37 o C 下易于去除 ，这允许稳定处理具有高分辨率几何结构的结构。该方法是使用先前建立的协议开发的。


△在 37°C 下孵育 3 小时和 24 小时后，在 GEN-Col/nanoHA 上进行幅度扫描测试（A、C）和温度斜坡（B、D）

选择蜂窝和网格几何形状来评估材料的可印刷性。用不同的参数进行了几次试验，以提供良好的控制水平并提供对结果的理解。每个参数对打印保真度和最终脚手架结构分辨率的影响构成了变化的基础。

该研究得出的结论是，这些参数需要微调才能达到预期的结果，因为它们是相互交织的。

打印支架的视觉分析证实，打印过程成功实现了几何复制。产生了明确的线和孔。冻干后通过 FE-SEM 分析形态，表明纳米颗粒成功分布在基质中。

这些结果表明，采用该工艺进行 3D 打印胶原材料显示出其在骨组织再生方面的良好效果。