用于骨組織工程領(lǐng)域的3D打印抗菌支架
魔猴君 行業(yè)資訊 713天前
2023年1月9日,據(jù)魔猴網(wǎng)了解,來(lái)自馬德里Complutense大學(xué)的研究人員提出,3D打印可以在骨組織再生中發(fā)揮重要作用,生產(chǎn)抗菌的支架,在其上生長(zhǎng)骨骼。
△論文圖片摘要
這項(xiàng)由Sandra Sánchez-Salcedo、Ana García、Adela González-Jiméneza和María Vallet-Reghi等人領(lǐng)導(dǎo)研究,以題為“Antibacterialeffect of 3D printed mesoporous bioactive glass scaffolds doped with metallicsilver nanoparticles”的論文被發(fā)表在《Acta Biomaterialia》期刊上。
更多關(guān)于這個(gè)骨骼再生實(shí)驗(yàn)的方法和結(jié)果的細(xì)節(jié),你可以在這里找到進(jìn)一步的信息,論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.actbio.2022.10.045
骨骼作為結(jié)締組織,主要由活細(xì)胞、膠原基質(zhì)和主要由鈣和磷酸鹽組成的礦物質(zhì)組成。減少外傷造成的損傷和治療可能的后續(xù)感染是骨組織工程的主要挑戰(zhàn)之一。此外,由于植入式醫(yī)療器械數(shù)量的增加,植入物相關(guān)感染的數(shù)量也大幅增加。種植體相關(guān)感染的管理是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題,具有重要的臨床和社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。細(xì)菌在惰性材料表面和鄰近組織上形成生物膜的能力,導(dǎo)致對(duì)宿主防御和抗菌療法的敏感性降低。目前的治療通常涉及手術(shù)、全身應(yīng)用抗生素甚至種植體切除術(shù),導(dǎo)致額外的手術(shù)、延長(zhǎng)的住院時(shí)間、高的繼發(fā)效應(yīng)和增加的死亡率。
骨組織工程需要使用三維 (3D) 支架作為臨時(shí)模板,以保證骨組織再生的完整細(xì)胞定植。為了充分的細(xì)胞附著、增殖和分化,支架需要具有 3D 互連的多孔分層結(jié)構(gòu)和合適的表面化學(xué)和形貌。自 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái),快速成型(RP)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用用于制造具有不同孔隙度的 3D 支架,這些孔隙率以前是計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的。RP技術(shù)包括通過(guò)直接墨水書寫和擠壓獲得的細(xì)絲,從連接到墨盒的小針,逐層打印具有通過(guò)3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的形狀和尺寸的支架。
不幸的是,植入體內(nèi)的支架被歸類為“外來(lái)異物”,這增加了引入細(xì)菌的風(fēng)險(xiǎn),特別是在血液供應(yīng)不足的地區(qū)。研究小組通過(guò)合成介孔生物活性玻璃的納米復(fù)合材料--即含有直徑在2至50納米孔隙的納米材料,然后在MBG基體中均勻地?fù)饺虢饘巽y納米顆粒(AgNPs)以解決少骨組織再生中植入物相關(guān)的感染問(wèn)題?;瘜W(xué)摻雜是一種常見(jiàn)的手段,比如在半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)㈦s質(zhì)添加到半導(dǎo)體中,以改變其特性,基于金屬摻雜生物陶瓷 3D 支架的新型材料開發(fā)同樣是一個(gè)極具前景的研究方向。
△生物活性玻璃支架(A)溶膠-凝膠泡沫和(B)熔融衍生的凝膠-鑄造泡沫。(圖片來(lái)源:Jones和Hench, 2013)
這項(xiàng)研究使用了EnvisionTEC公司的3D Bioplotter?生物打印機(jī),使用快速原型技術(shù)(RP)準(zhǔn)備3D支架。一旦打印出來(lái),支架被分別加入12孔Transwell板--一種可以培養(yǎng)細(xì)胞的孔板品牌。根據(jù)該研究,這些支架充當(dāng)了 "臨時(shí)模板",允許完整的細(xì)胞生長(zhǎng)以促進(jìn)骨再生。研究人員發(fā)現(xiàn),由于銀離子釋放到介質(zhì)中,3D支架具有抗菌特性。他們認(rèn)為,由銀引起的這種抗菌特性可能在醫(yī)療保健和骨組織再生方面有潛在的應(yīng)用,因?yàn)樗鼫p少了感染和細(xì)菌生長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。
烏干達(dá)政府在2022年11月發(fā)射的火箭中裝載了一臺(tái)生物打印機(jī),以便于開展類似的3D生物打印實(shí)驗(yàn)。他們的目標(biāo)是在零重力環(huán)境下對(duì)組織進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
△3D打印技術(shù)通常應(yīng)用于醫(yī)療用途。(圖片來(lái)源:Iaremenko Sergii / Shutterstock)
來(lái)源:南極熊