Araştırmacılar 3D baskılı biyonik lotus kökü iskelesi hazırladı
Klinik olarak, büyük kemik kusurlarının onarımı insanların karşılaştığı zorluklardan biridir. 3D baskı teknolojisi, biyomalzemeler ve kemik dokusu mühendisliği alanlarında yaygın olarak kullanılan, kontrol edilebilir şekillere sahip gözenekli iskele malzemelerini kolayca hazırlayabilir. Geleneksel 3D baskı iskelesi gözenekli bir yapıya sahiptir.Malzeme kusurlu bölgeye implante edildikten sonra, kemik dokusunun içe doğru büyümesine yardımcı olan ve kemik kusurlarının onarımını destekleyen, delik boyunca iskeleye besin ve hücreler sızar. Bununla birlikte, geleneksel 3D baskılı stentler, büyük kemik defektleri açısından hala yetersizdir. Geleneksel 3D baskı iskelesi, malzemenin gözenekliliğini azaltan katı ilkellerin istiflenmesiyle yapılır; geleneksel 3D baskı iskelesi, gözeneklerin kademeli üç boyutlu bir uzantısına sahiptir ve düz bir gözenek şekli oluşturmaz ve hidrodinamikte güçlü bir sıvıya sahiptir. Direnç, besinlerin ve hücrelerin stentin içine girmesine elverişli değildir ve onarım sürecinde vaskülarizasyonu ve osteogenezi engeller.
Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi, Şangay Seramik Enstitüsü'nde araştırmacı olan Wu Chengtie ve Chang Jiang liderliğindeki bir araştırma ekibi, damarlanmış büyük kemik kusurlarının onarımı için karmaşık yapılara sahip 3D baskı biyoseramiklerinde yeni ilerleme kaydetti. Doğadaki lotus kökünün paralel çok kanallı yapısından esinlenen araştırma ekibi, bir biyonik lotus kökü stenti hazırlamak için 3D baskıyı kullandı ve Shanghai Jiaotong Üniversitesi'ne bağlı Dokuzuncu Halk Hastanesinde Jiang Xinquan'ın ekibiyle işbirliği yaparak bu stentin geleneksel 3D baskılı stentlerle karşılaştırıldığını daha da keşfetmiştir. , Büyük kemik defektlerinin onarımını önemli ölçüde iyileştirme yeteneğine sahiptir. İlgili araştırma sonuçları Advanced Science'da yayınlandı ve patent başvurusu yapıldı.
Araştırma ekibi, geleneksel 3D baskılı iskelenin her bir elemanının içini paralel çok kanallı bir yapıya dönüştürdü; bu, yeni kan damarlarının ve kemik dokusunun büyümesini teşvik etmesi bekleniyor, bu da kemik kusurlarının onarımı için faydalı ve dahili koaksiyel mozaiği yeniden tasarladı. Gelişmiş bir 3D baskı hazırlama yöntemi aracılığıyla sıkıştıran 3D baskı iğnesi, biyonik lotus kökü stentinin tek seferlik baskısını gerçekleştirir.Geliştirilmiş 3D baskı yöntemi, biyonik lotus kökü stentinin fiziksel ve kimyasal özelliklerini düzenleyebilir. Bu yöntem, biyonik lotus kökü iskeleleri hazırlamak için yalnızca çeşitli biyo-seramikleri (Akermanite, Al2O3, ZrO2), metal Fe, polimer sodyum aljinat ve diğer malzemeleri kullanmakla kalmaz, aynı zamanda farklı şekiller, kanal numaraları ve kanal çaplarına sahip biyonik lotus kökü iskeleleri de hazırlayabilir. Lotus kök ayraç. Ek olarak, biyonik lotus kökü iskelesinin gözenekliliği ve mekanik mukavemeti, ilkel istifleme yöntemi ve 3D iskelenin gözenek sayısı ayarlanarak ayarlanabilir. Biyonik lotus kökü iskelesi, maksimum% 80 gözenekliliğe ve 40 MPa'dan fazla mekanik dayanıma sahiptir ve bu, kemik defekti onarım malzemelerinin gereksinimlerini karşılayabilir.
Araştırma ekibi, matrisin temsili malzemesi olarak iyi biyolojik aktiviteye sahip Akermanite seramiklerini seçerek ve tek kanallı, çift kanallı ve üç kanallı kanallar hazırlayarak bu biyomimetik lotus kökü materyalinin kemik dokusu rejenerasyon mühendisliğindeki performansını ve uygulamasını daha da araştırdı. Ve dört kanallı biyonik lotus kökü biyoseramik iskelesi. İn vitro biyolojik analiz sonuçları, geleneksel 3D iskelelere kıyasla, biyonik lotus kökü magnezya feldispat biyoseramik iskelesinin hücre yapışmasına ve çoğalmasına daha elverişli olduğunu ve kanal sayısı arttıkça etkisinin önemli ölçüde arttığını göstermektedir. İn vivo hayvan deneyleri, biyonik lotus kökü biyolojik iskelesinin kemik dokusu rejenerasyonunu ve vaskülarizasyon etkilerini iyileştirdiğini ve kemik kusurlarının onarımı için yararlı olduğunu göstermektedir. Geleneksel 3D biyoaktif yapı iskelesi ile karşılaştırıldığında, 3D baskılı biyonik lotus kökü biyo iskelesi, besin maddelerinin iskelenin içine aktarılmasına daha elverişlidir, hücrelerin ve dokuların içe doğru büyümesine rehberlik eder, böylece erken anjiyojenez ve daha sonra osteojenez gelişir. Kemik kusurlarının onarım performansını iyileştirin. Çok kanallı ve yüksek gözenekli yapısı nedeniyle, bu malzeme ayrıca ilaç makromolekül yüklemesi, yüzey fonksiyonel modifikasyonu, kataliz, enerji, çevre ve diğer alanlarda da kullanılabilir.
Araştırma çalışması, Merkez Organizasyon Departmanı Bin Genç Yetenek Programı, Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı ve Çin Bilimler Akademisi Frontier Bilimsel Araştırma Programı tarafından finanse edildi.
Doğadan esinlenerek, kemik dokusu mühendisliği için biyonik bir lotus kökü iskelesi hazırlandı. (C-g) Malzeme hazırlama süreci.
3D baskılı biyonik lotus kökü iskelesinin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin düzenlenmesi. (A) Farklı malzemelerden Biyonik lotus kökü destekleri, (b) Farklı şekillerde Biyonik lotus kökü destekleri ve (c) Farklı kanal boyutlarında Biyonik lotus kökü destekleri.
Biyonik lotus kökü iskelesinin gözenekliliği ve mekanik mukavemetinin düzenlenmesi. (A) Üç farklı ilkel istifleme yöntemine sahip biyonik lotus kökü iskeleleri, (b) gözeneklilik ve (c) farklı sayıda kanal ve istifleme yöntemleriyle biyonik lotus kökü iskelelerinin mekanik mukavemeti.
Biyonik lotus kökü iskelesinin in vivo biyolojik analizi. (A) Biyonik lotus kökü iskelesi üzerindeki tavşan mezenkimal kök hücrelerinin (BMSCs) SEM fotoğrafı, 3. günde iskelede kültürlenen hücrelerin (ce) eş odaklı mikroskop fotoğrafı, (f) hücre yapışması ve (g) biyonik lotus kökü iskelesi ) Nükleer silahların yayılması sonuçları.
Biyonik lotus kökü iskelesinin in vitro biyolojik analizi. 4 haftalık sıçan kas torbası implantasyon deneyinde, (a) çok sayıda hücre nilüfer kökü şeklindeki açıklığa büyüdü, (b, c) kan damarı mikroperfüzyon deneyinin sonuçları, kan damarının deliğe başarılı bir şekilde büyüdüğünü gösterdi; tavşan kafatası kusuru 12 haftada Deneyde, doku kesitlerinin (d, e) mikro-CT ve (f) VG boyama sonuçları ve (g) kemik kusur bölgesinde yeni kemiğin istatistiksel analiz sonuçları, biyonik lotus kökü iskelesinin daha iyi kemik onarım kabiliyetine sahip olduğunu göstermektedir.
