中科院开发生物3D打印BBG-海藻酸钠，可制造更复杂的骨和软组织植入物

2024年9月5日，南极熊获悉，中国科学院合肥物质科学研究院近期发布的一项研究表明，硼酸盐生物活性玻璃 (BBG)，尤其是与海藻酸钠 (SA) 结合时，可提高 3D 生物打印的精度和生物相容性。通过控制释放钙离子，BBG 在改善海藻酸钠的自凝固方面发挥着关键作用，使其成为复杂生物打印应用（包括骨骼和软组织植入物）的有前途的材料。

△来自制造商 Mo-Sci 的生物活性玻璃

相关研究以题为“Borate bioactive glass enhances 3Dbioprinting precision and biocompatibility on a sodium alginate platform viaCa2+ controlled self-solidification “的论文发表在《InternationalJournal of Biological Macromolecules》期刊上，

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.134338

将硼酸盐生物活性玻璃 (BBG) 整合到海藻酸钠 (SA) 中可能代表 3D 生物打印的重大进步。海藻酸钠是一种天然聚合物，由于其生物相容性和价格实惠而常用于 3D 生物打印。然而，传统的海藻酸钠平台面临着打印精度低和凝胶化不均匀等挑战，尤其是在使用后处理钙离子溶液固化打印结构时。

生物活性玻璃是一组表面反应性玻璃陶瓷合成骨移植生物材料，包括原始生物活性玻璃Bioglass。这些玻璃的生物相容性和生物活性使它们被用作人体植入装置，以修复和替换患病或受损的骨骼。大多数生物活性玻璃都是硅酸盐基玻璃，可在体液中降解，可作为输送有益于愈合的离子的载体。生物活性玻璃与其他合成骨移植生物材料（例如羟基磷灰石、双相磷酸钙、硫酸钙）的不同之处在于，它是唯一具有抗感染和血管生成特性的材料。

△通过电子显微镜观测到的生物活性玻璃

自 21 世纪初以来，硼酸盐生物活性玻璃 (BBG) 已在生物医学应用方面得到广泛研究。迄今为止的研究表明，与硅酸盐玻璃相比，BBG通常表现出更优异的生物活性和骨愈合能力。它们还显示出作为治疗感染或骨质疏松症等疾病的药物输送系统的潜力。此外，BBG非常适合伤口愈合，市售的（FDA 批准的）微纤维 BBG 敷料已经用于治疗慢性伤口。修改离子可以进一步增强 BBG 的骨骼和伤口愈合能力。例如，添加铜离子已被证明可以显著促进伤口愈合中的血管形成，而镁、锶和钴等离子可以改善骨愈合。最近的研究还探索了 BBG 用于神经和肌肉再生，软骨再生被认为是一种有前途的未来应用。

根据这项新研究，BBG 通过在 3D 生物打印应用中通过控制释放钙离子引入自凝固效应，提供了一种新颖的解决方案。这不仅改善了材料的流变性能，还提高了打印结构的精度和稳定性。BBG-SA 水凝胶在打印过程中凝固，无需在打印后进行钙浸渍。结果是更高的结构精度和更少的收缩，使其成为创建复杂生物结构的理想选择。

除了提高 3D 打印精度外，BBG-SA水凝胶还具有出色的生物相容性。它们支持细胞粘附和增殖，对组织工程至关重要，甚至促进成骨分化，这对骨再生至关重要。

BBG-SA 水凝胶的机械稳定性和生物活性增强，使其成为组织工程、再生医学甚至生物相容性电子设备领域应用的有前途的材料。通过提供更好的凝胶控制和更好的打印后结构完整性，BBG-SA 水凝胶将继续为骨骼和软组织植入物的生物打印技术开辟新的可能性。