北京白癜风最好的治疗方法 http://pf.39.net/bdfyy/近期，荷兰JosMalda教授课题组联合在BioMaterials期刊上发表了“Toughmagnesiumphosphate-based3D-printedimplantsinduceboneregenerationinanequinedefectmodel”的文章。摘要：骨组织工程学中的重要挑战之一是开发具有适当机械和生物学特性的可生物降解的骨替代物，以治疗较大的缺陷和形状复杂的缺陷。最近，与基于磷酸钙的标准陶瓷相比，掺有诸如锶（Sr2+）等生物活性离子的磷酸镁（MgP）已显示出显着增强了骨骼形成。然而，这些材料几乎不能成形为大而复杂的几何形状，更重要的是缺乏用于治疗承重骨缺损的足够的机械性能。在这项研究中，研究者已经通过3D打印经过Sr2+离子（MgPSr）和医学级聚己内酯（PCL）聚合物相改性的MgP陶瓷来制造骨植入物。具有30wt％PCL的MgPSr（MgPSr-PCL30）在室温下具有大约40％的互连大孔隙率时允许相关尺寸结构（mm3）的可印刷性。印刷产生的植入物的抗压强度为4.3MPa，能够承受多达50个加载循环而不会发生塑性变形。值得注意的是，MgPSr-PCL30支架能够在培养基中促进体外骨形成，而无需补充骨诱导成分。此外，在6个月的马修复模型中研究了3D打印支架的长期体内性能。显微CT和组织学分析表明，MgPSr-PCL30的植入诱导了骨再生。总体而言，此处介绍的新型聚合物改性MgP陶瓷材料和基于挤出的3D打印工艺极大地提高了MgP基陶瓷的成形能力和承重性能，同时诱导了新的骨骼形成。复合材料的制备
研究者开发了一种新型的坚韧且具有生物活性的材料，该材料由MgPSr和PCL组成，可以在室温下进行3D打印（非热熔打印，主要依靠溶剂挥发）。
制备过程：通过将制备的Mg2.33Sr0.67（PO4）2粉末（MgPSr）和商业医用级聚（ε-己内酯）以不同的MgPSr与PCL重量比（70：30、60：40和50：50重量％）。将初始物质溶解在由二氯甲烷，2-BU-1-（4-（二乙氨基）苯胺基）-3-me-吡啶基（1,2-a）组成的高挥发性溶剂的混合物中苯并咪唑-4-腈和邻苯二甲酸二丁酯的比例为10：2：1wt％。如上所述将90wt％的粉末与溶剂混合后，将糊状物在37°C的辊式混合器中均化24小时。
图1打印的支架及其打印性能
力学性能
由于成功地将热塑性PCL相掺入到陶瓷MgPSr相中，因此所得的复合结构表现出比纯可印刷陶瓷材料优越的机械性能。添加30wt％的PCL可以防止在加载过程中出现裂纹核化和过早失效，这在承重部位使用陶瓷基材料时具有重要优势。重要的是，MgPSr-PCL30复合材料的压缩机械性能在天然松质骨的范围内。此外，由于溶剂在打印过程中仍然存在，因此MgPSr-PCL30支杆可能会在接合处融合，从而在支杆之间提供牢固的结合。为了评估所提出的脚手架的弹性，缺陷的累积以及可能的永久变形，在超过50个循环中测试了机械性能，直至0.2％的应变。从磁滞回线可以看出，累积变形（磁滞回线在50个循环后的位移）小于5％，未观察到破坏。这些结果表明3D打印支架是高度耐用的，因此可用作坚韧的植入物。这些结果很有希望，因为在日常活动中施加在人体骨骼上的生理应变小于0.1％，频率范围为0.5到2Hz。此外，MgPSr-PCL30的拉伸屈服应力和韧性证实了MgPSr-PCL30植入物的顺应性及其易成型性。与纯MgP陶瓷支架不同，复合MgP基植入物在压缩和拉伸载荷下的强度，弹性模量和韧性均明显更高。重要的是，即使在加速体外降解后，MgPSr-PCL30植入物仍能够保持其空前的顺应性和承重能力。
图2打印的支架的力学性能
打印好的支架力学性能良好
体外实验
体外细胞分析中也可以清楚地看出，在MgPSr-PCL30支架上培养21天后检测到羟基磷灰石沉淀，但是MgP-PCL30没有HA形成。研究者推测，由于MgP陶瓷的溶解，具有生物活性的支架导致Mg2+和Sr2+离子的释放-已被证明可显着影响细胞反应以及基质和矿物质的沉积。
图3体外评价打印的支架的生物活性
体内实验
研究者特意在临界大小的马模型中测试了MgPSr-PCL30支架。因为啮齿动物和兔子模型被认为不适合这种应用，大型动物模型被认为是测试组织工程策略再生大骨量的可行性的必要条件。公认的是，与小动物模型相比，大动物模型中固有的骨诱导特性更接近人体。此外，由于内在的骨诱导是一个长期的过程，因此体内研究持续了6个月，以便有足够的时间进行实质性的骨形成。支架显示了在体内诱导关键尺寸缺陷桥接的能力，μ-CT分析表明，植入组的矿化组织体积明显高于空缺。另外，支架似乎具有骨传导和骨诱导特性，不仅能够支持植入物周围的骨生长，而且能够桥接骨缺损。从支架的边缘到缺损的中心，新的骨骼也从支架孔中大量侵入。有趣的是，对新形成的骨骼的EDX分析显示出与天然马骨骼相似的矿物质组成和Ca/P比，这证实了发达的支架材料的骨促进特性。
图4马体内实验植入支架
图5马模型进行6个月的体内研究后的组织学评估
总结
总之，研究者已经成功地制造出了机械坚固的骨再生骨植入物，该骨植入物由掺锶MgP陶瓷和医用级聚己内酯组成。MgPSr/PCL组合物导致了坚固的支架并促进了eMSC的成骨分化。重要的是，与原始PCL相比，该支架表现出改善的机械和生物学性能。MgPSr-PCL30支架释放Mg2+和Sr2+离子，使eMSC能够沉积由分化细胞和结晶磷灰石组成的成熟骨样基质，而无需暴露于任何其他分化条件下。值得注意的是，印刷的复合材料植入物在马模型中植入6个月时，有助于外科手术处理并诱导新骨的形成，而不会引起任何负面的炎症反应。总体而言，结果表明，向3D打印支架中添加掺有Sr2+陶瓷的PCL和MgP可以分别提供强韧的支架和可行的机制来诱导骨组织工程的生物活性。
参考文献
B,NasimGolafshanA,etal."Toughmagnesiumphosphate-based3D-printedimplantsinduceboneregenerationinanequinedefectmodel."Biomaterials().
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