Acta Biomaterialia：可用于骨组织工程领域的3D打印抗菌支架

导读：骨骼手术是一个复杂而痛苦的过程，外科医生往往会采取各种预防措施来防止感染。骨骼感染一直是骨科领域的一大难题，最好的情况是需要抗生素即可治愈，最坏的情况是需要长时间的住院和手术。因此，任何能够预防这些感染的产品都能在医疗保健和预防死亡方面发挥重要作用。

2023年1月7日，南极熊获悉，来自马德里Complutense大学的研究人员提出，3D打印可以在骨组织再生中发挥重要作用，生产抗菌的支架，在其上生长骨骼。

△论文图片摘要

这项由Sandra Sánchez-Salcedo、Ana García、Adela González-Jiméneza和María Vallet-Reghi等人领导研究，以题为“Antibacterialeffect of 3D printed mesoporous bioactive glass scaffolds doped with metallicsilver nanoparticles”的论文被发表在《Acta Biomaterialia》期刊上。

更多关于这个骨骼再生实验的方法和结果的细节，你可以在这里找到进一步的信息，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actbio.2022.10.045

骨骼作为结缔组织，主要由活细胞、胶原基质和主要由钙和磷酸盐组成的矿物质组成。减少外伤造成的损伤和治疗可能的后续感染是骨组织工程的主要挑战之一。此外，由于植入式医疗器械数量的增加，植入物相关感染的数量也大幅增加。种植体相关感染的管理是一个严重的问题，具有重要的临床和社会经济意义。细菌在惰性材料表面和邻近组织上形成生物膜的能力，导致对宿主防御和抗菌疗法的敏感性降低。目前的治疗通常涉及手术、全身应用抗生素甚至种植体切除术，导致额外的手术、延长的住院时间、高的继发效应和增加的死亡率。

骨组织工程需要使用三维 (3D) 支架作为临时模板，以保证骨组织再生的完整细胞定植。为了充分的细胞附着、增殖和分化，支架需要具有 3D 互连的多孔分层结构和合适的表面化学和形貌。自 20 世纪 90 年代以来，快速成型（RP）技术得到广泛应用用于制造具有不同孔隙度的 3D 支架，这些孔隙率以前是计算机设计的。RP技术包括通过直接墨水书写和挤压获得的细丝，从连接到墨盒的小针，逐层打印具有通过3D计算机辅助设计设计的形状和尺寸的支架。

不幸的是，植入体内的支架被归类为“外来异物”，这增加了引入细菌的风险，特别是在血液供应不足的地区。研究小组通过合成介孔生物活性玻璃的纳米复合材料--即含有直径在2至50纳米孔隙的纳米材料，然后在MBG基体中均匀地掺入金属银纳米颗粒（AgNPs）以解决少骨组织再生中植入物相关的感染问题。化学掺杂是一种常见的手段，比如在半导体领域将杂质添加到半导体中，以改变其特性，基于金属掺杂生物陶瓷 3D 支架的新型材料开发同样是一个极具前景的研究方向。

△生物活性玻璃支架（A）溶胶-凝胶泡沫和（B）熔融衍生的凝胶-铸造泡沫。(图片来源：Jones和Hench, 2013)

这项研究使用了EnvisionTEC公司的3D Bioplotter™生物打印机，使用快速原型技术（RP）准备3D支架。一旦打印出来，支架被分别加入12孔Transwell板--一种可以培养细胞的孔板品牌。根据该研究，这些支架充当了 "临时模板"，允许完整的细胞生长以促进骨再生。研究人员发现，由于银离子释放到介质中，3D支架具有抗菌特性。他们认为，由银引起的这种抗菌特性可能在医疗保健和骨组织再生方面有潜在的应用，因为它减少了感染和细菌生长的风险。

乌干达政府在2022年11月发射的火箭中装载了一台生物打印机，以便于开展类似的3D生物打印实验。他们的目标是在零重力环境下对组织进行实验。

△3D打印技术通常应用于医疗用途。（图片来源：Iaremenko Sergii / Shutterstock）