3D生物打印碳納米管可促進骨生長
怎么樣才能3D打印骨骼?幾年前,如果您向人們問出這個問題的話,他們可能會很奇怪的看著您。而今天我們已經(jīng)知道了:3D打印骨骼需要將可吸收的材料和一種無機生物活性相材料結(jié)合起來。
在西班牙馬德里康普頓斯大學,由Maria Valle相比金屬產(chǎn)品老套的、標準化的設(shè)計t-Reg教授的一個研究團隊近證實,如果將碳納米管加入上述混合物中,從而在骨組織里形成一個3D電路絡(luò)的話,其實可以刺激骨細胞的再生。為了證明這一點,他們與阿威羅大學合作,使用一臺Envision TEC公司的3DBioplotter生物支架3D打印機進行了試驗,并將結(jié)果發(fā)表在了《Journal of Biomedical Materials Research》雜志上。
在這次試驗中,研究人員并結(jié)合中國本地的市場需求使用的聚合物是相當容易3D打印的材料,并且經(jīng)FDA批準開用于植入物的:聚己內(nèi)酯,而相應(yīng)的陶瓷相材料則是羥磷灰石,一種常見的鈣類礦物。
如今,磷酸鈣、玻璃和聚合物被廣泛應(yīng)用于組織工程中的骨再生和生物相容性功能材料,因為它們與天然的骨組織非常相似。該項目的首席研究員MercedesVila說,這些類型的材料就經(jīng)過了不同成型方法的設(shè)計以獲得所需形狀和大小的植入件和支架。
而將碳納米管加入到可生物打印的材料混合物可以在生物“除部份大型裝備可以回收支架中創(chuàng)造一個立體導電絡(luò),當將這種支架植入受損的骨部位時,可以起到刺激的作用。這樣做的原因,Mercedes解釋說,是現(xiàn)代技術(shù)可以將堅固性的材料與智能系統(tǒng)結(jié)合起來可以對外界刺激做出反應(yīng),從而加速骨整合過程。CNT是用單原子厚的石墨烯片卷起來所形成的非常長的細絲,其直徑僅幾納米。
Mercedes指出:某些類型的細胞行為,如粘附和分化,會受到電刺激的影響。因此,在材料表面上創(chuàng)造一個正的或負的電荷,或者一個直接電刺激可以促進將帶電離子從環(huán)境中吸引到細胞上。這會改變他們的蛋白質(zhì)吸附,并對細胞的代謝活動產(chǎn)生后續(xù)影響。因此,在植入生物材料之后使用電刺激可以有利于細胞粘附和分化,終加速了骨整合的過程。
這基本上意味著,如果將導電碳納米管加入3D打印的骨植入物中,可以刺激骨細胞的再生長。當然,現(xiàn)在僅僅是在體外和細胞水平上得到了證明,但前進的道路是明確的。而且,將碳納米管用于生物打印不會產(chǎn)生任何其它的問題,,因為它們是如此之薄,可以非常自如地通過任何氣動注射器。實際上,這一技術(shù)大難題往往出現(xiàn)在如何找到CPL與羥基磷灰石混合物的合適粘度。
尋找的合適粘度,使其既能夠通過注射器,同時又能保持足夠的牢固性,以在室溫狀態(tài)下獲得3D打印的支架,是相當復雜的。Mercedes承認,而且,一旦PCL和羥基磷灰石混合在一起,再加入CNT并使它們適當?shù)姆稚⑿枰L時間的攪拌。
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