3D打印技术构建不同比例聚己内酯磷酸三钙支架及其体外诱导成骨性能
3D打印聚乙烯醇-纳米芳纶纤维仿生软骨支架及其性能研究
3D打印聚乙烯醇-纳米芳纶纤维仿生软骨支架及其性能研究3D打印聚乙烯醇/纳米芳纶纤维仿生软骨支架及其性能研究引言软骨是人体重要的结缔组织之一,其在维护关节功能、吸收压力和保护骨骼方面起着重要作用。
然而,软骨损伤和退化是常见的临床问题,由于软骨本身的有限再生能力,传统的治疗方法往往无法有效修复软骨缺损。
因此,研究开发一种给予仿生特性的软骨支架势在必行。
材料与方法本研究中,采用3D打印技术制备了一种仿生软骨支架,该支架采用聚乙烯醇(PVA)作为基质材料,并掺入纳米芳纶纤维以增强其力学性能。
纳米芳纶纤维是一种高强度、高韧性的纤维材料,具有优秀的生物相容性和生物降解性。
在制备过程中,首先制备PVA溶液,并加入适量的纳米芳纶纤维,然后通过3D打印技术将溶液打印成支架结构。
最后,将打印好的支架在75℃下进行冷冻干燥处理,以消除残余水分和增强支架的力学性能。
结果与讨论通过扫描电子显微镜观察支架的微观形貌,发现纳米芳纶纤维均匀分散在PVA基质中,并与PVA形成有效的界面结合。
力学性能测试结果显示,纳米芳纶纤维的添加可以显著提高支架的抗压强度和抗弯刚度,使其更接近于人体软骨的力学特性。
进一步的生物相容性测试结果表明,制备的聚乙烯醇/纳米芳纶纤维仿生软骨支架对人体细胞具有无毒、无刺激性的性质,并能够促进细胞的附着和增殖。
这些结果为该支架在软骨组织工程方面的应用奠定了基础。
结论本研究成功地制备了一种3D打印的聚乙烯醇/纳米芳纶纤维仿生软骨支架,并对其性能进行了研究。
实验结果表明,通过掺入纳米芳纶纤维,支架的力学性能得到了显著的提升,并具备良好的生物相容性。
这为进一步的仿生软骨组织工程研究提供了有力的支持,有望在临床上为软骨损伤的修复提供新的治疗方案。
然而,尽管该支架在实验室条件下已经取得了良好的性能,但其在体内的生物降解性、生物一致性和长期稳定性等方面仍需进一步研究。
未来的工作应当侧重于优化支架的制备工艺和结构设计,以提高其与宿主组织的相容性并进一步推动临床应用本研究成功制备了一种3D打印的聚乙烯醇/纳米芳纶纤维仿生软骨支架,并通过力学性能和生物相容性测试验证了其优良性能。
3D打印技术应用于骨缺损修复的研究进展
研究方法
医用3D打印材料在骨缺损修复中的应用研究方法主要包括细胞试验、动物试 验和临床试验。细胞试验和动物试验可以模拟生物体内的环境,研究材料的生物 相容性和生物降解性。临床试验则是在真实的医疗环境中,对医用3D打印材料进 行人体应用和研究。
研究成果与不足
医用3D打印材料在骨缺损修复中已经取得了一定的研究成果。例如,钛合金 和不锈钢制造的人工关节、骨板等植入物能够提供良好的生物相容性和力学性能。 聚乳酸和聚己内酯等生物可降解材料可以促进骨再生,提高修复效果。然而,也 存在一些不足之处,如材料的耐久性、免疫原性、应力传递等问题需要进一步研 究和解决。
研究现状
医用3D打印材料在骨缺损修复中具有良好的应用前景。目前,常用的医用3D 打印材料包括钛合金、不锈钢、聚乳酸、聚己内酯等。其中,钛合金和不锈钢主 要用于制造人工关节、骨板等植入物,而聚乳酸和聚己内酯则主要用于打印生物 可降解支架,以促进骨再生。尽管医用3D打印材料在骨缺损修复中具有广泛的应 用前景,但也存在一定的局限性,如材料的生物相容性、耐久性、力学性能等问 题。
然而,尽管3D打印技术在骨缺损修复领域的应用取得了一定的进展,但仍存 在一些问题和不足之处。首先,3D打印材料的生物相容性和力学性能还需要进一 步优化,以提高植入物的长期稳定性和安全性。其次,3D打印技术的制造成本较 高,限制了其在临床的大规模应用。此外,目前3D打印技术在骨缺损修复中的应 用还主要停留在实验室阶段,其在实际手术中的效果和安全性还需要进一步验证。
结论
医用3D打印材料在骨缺损修复中具有广泛的应用前景和优势。通过不断的研 究和改进,医用3D打印材料的生物相容性、力学性能和耐久性等方面将得到进一 步的提升,为骨缺损修复提供更好的解决方案。未来的发展方向将包括研究新的 生物相容性更好的3D打印材料、优化3D打印技术以改善植入物的精度和可靠性, 以及开展更深入的临床试验以验证其安全性和有效性。
基于自交联高分子材料的3d打印水凝胶支架的制备及其在软骨组织工程中的应用
基于自交联高分子材料的3d打印水凝胶支架的制备及其在软骨组织工程中的应用是一个新兴的研究领域。
这种技术利用3D打印技术制造出具有复杂结构和精确定制的水凝胶支架,同时这种支架材料具有良好的生物相容性和机械性能。
在制备这种3D打印水凝胶支架时,首先需要选择合适的自交联高分子材料。
这些材料需要具有良好的生物相容性、可降解性和力学性能。
然后,将这些高分子材料溶解在适当的溶剂中,形成溶液。
接下来,利用3D打印技术,将溶液逐层打印成具有所需形状和结构的支架。
在打印过程中,高分子材料发生自交联反应,形成稳定的水凝胶支架。
在软骨组织工程中,这种3D打印水凝胶支架可以作为细胞生长的载体。
首先,将软骨细胞种植在支架上,然后将其植入到受损的软骨部位。
随着细胞的生长和分化,它们会与支架材料相互作用,形成新的软骨组织。
这种组织工程方法可以用于治疗各种软骨损伤和疾病,如关节炎和软骨缺损等。
总之,基于自交联高分子材料的3D打印水凝胶支架在软骨组织工程中具有广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和完善,这种支架材料有望为软骨损伤的治疗提供一种新的有效方法。
3D打印技术制备聚磷酸钙淫羊藿苷骨支架诱导骨髓间充质干细胞成骨分化治疗骨缺损
《中国组织工程研究》 Chinese Journal of Tissue Engineering Research文章编号:2095-4344(2019)21-03309-07 3309www.CRTER .org·研究原著·石永新,男,1984年生,甘肃省成县人,汉族,2010年南华大学毕业,硕士,主治医师,主要从事骨与关节损伤的研究。
通讯作者:李富琴,硕士,主管技师,中国科学院大学深圳医院(光明),广东省深圳市 518106文献标识码:A稿件接受:2019-03-16Shi Yongxin, Master, Attending physician, Shenzhen Hospital, University of Chinese Academy of Sciences, Shenzhen 518106,Guangdong Province, ChinaCorresponding author: Li Fuqin, Master, Technologist-in-charge, Shenzhen Hospital, University of Chinese Academy of Sciences, Shenzhen 518106,Guangdong Province, China3D 打印技术制备聚磷酸钙/淫羊藿苷骨支架诱导骨髓间充质干细胞 成骨分化治疗骨缺损石永新1,逄增金2,羊明智3,彭立军3,李富琴1,宋 晖1,罗福薇4 (1中国科学院大学深圳医院(光明),广东省深圳市 518106;2深圳市宝安区松岗人民医院,广东省深圳市 518105;3南华大学附属第一医院,湖南省衡阳市 421001;4深圳市妇幼保健院,广东省深圳市 518017)DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.1758 ORCID: 0000-0002-4799-0318(石永新)文章快速阅读:文题释义:聚磷酸钙:是一种新型的骨修复材料,具有长链结构,在动物体内10 d 可降解分化,聚磷酸钙支架具有良好的骨诱导性和优良的可控降解性,在体内生物相容性良好,其降解断链可释放出细胞活动所需的能量,降解产物为可溶性钙盐、磷酸盐和游离的钙、磷离子,不会引起局部炎性反应;同时作为骨修复材料,聚磷酸钙也具有理想的力学强度,可用于修复骨组织缺损,也可作为支架材料用于组织工程,在人体骨组织缺损修复方面具有良好的应用前景。
结合3D打印技术构建聚己内酯-骨细胞外基质复合支架及体外骨诱导性能
・
研 究原 著 ・
B1 1 9 及体外骨诱导性能
畅
胞外基质复合支架
鹏, 泞 悠( 北京 大学 第一 医院骨科 ,北 京市 1 0 0 0 3 4 )
女 畅 瞒 .全 淳 德 绌 合 3 D 手 j 印技 农构 娃 聚 ■ 内啭一 静 母 缱 铃 甄 堑 合 是 禁 及 伟 外髓 诱 导 能 . ' # / d  ̄ t t  ̄7 L 氍讶究 ・
文题释义 :
稿 件接 受 :2 01 6 — 0 9 — 2 3
聚 己内酯 :j 有 良好的, L 物相 性 、生物 降街 / f 性、力 性能 、药物通过 及易加 1 等特 点,斤 日 _ 该材料 体 内降解之 后的 : 物对机体没仃 毒害作 用,已{ 皮 广泛 应J 十 J 于 织 I : 程牛物材料领域, 仉} } t 于聚 己内酯
撑 并连接 了骨 { } ! } f 的整体结构 ,并是动物 体内 1 1 -  ̄ t I 胞生 长、分化 、代谢的场所 。
摘要 背景 : ・ ; T l i t 纵- I : 学柠仃 J 仍 i 找 耻 恕 的骨 纰 织 f 程支架 , 3 D 打 印 技 术 为 支 架 的 构 建 提 供 了新 的 方 法 , 时骨 细 胞 外 质 | J 戊4 1 ’ 诱导 t i i 的 作 刚 也越 米 越 受 到 天 注 。
( 2) A 组 进 行 茜 素 红 染 色 、 Ma s s o r l 染 色 , B组 进 行 胶 原 、
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通 讯作 者 :李 淳 德 , 主 任
将第5 代S D大 鼠骨髓问充质一 t 细胞
再 次 接 种 于 6纨 支 架 上 :
3D打印技术构建支架修复软骨缺损的研究进展
3D打印技术构建支架修复软骨缺损的研究进展杨亚冬;张文元【摘要】3D打印技术是近年来兴起的一种数字化快速成型技术.本文就3D打印技术在软骨修复中研究较多的“生物打印墨水”、种子细胞的控制性打印以及牺牲层工艺打印技术等方面进行综述,总结其在软骨缺损治疗中的研究进展,并提出了当前该技术在研究和应用中遇到的问题及其发展趋势.【期刊名称】《医学研究杂志》【年(卷),期】2016(045)005【总页数】4页(P187-189,193)【关键词】3D打印技术;软骨缺损;细胞控制性打印;牺牲层技术【作者】杨亚冬;张文元【作者单位】310013 杭州,浙江省医学科学院生物工程研究所;310013 杭州,浙江省医学科学院生物工程研究所【正文语种】中文【中图分类】R33D打印技术是近年来随着计算机辅助设计、数控技术、高分子材料学等多种学科交叉发展出现的一种数字化快速成型技术,其基本原理是“分层制造,逐层叠加”[1]。
根据成型方式不同,3D打印技术可以分为以下几种:光固化成型技术,熔融挤出成型技术,选择性激光烧结,3D喷印技术等[2,3]。
3D打印作为一种新兴制造技术,已经应用于多种领域,包括机械设备、生物医药、生活用品等,并且随着该技术的不断成熟和完善,其应用领域会更加广泛。
近年来3D打印技术在组织工程支架材料的制备中有了较多应用研究,并逐渐凸显出它的优势:通过该技术制备的支架材料具有与缺损组织相匹配的解剖外形,也具有满足细胞黏附、增殖的内部三维多孔结构,还可通过选择不同的打印材料使组织工程支架符合实际需要的机械强度[4~6]。
本文就软骨修复中研究较多的3D打印“墨水”、复杂形状软骨组织的打印等方面进行综述,总结其在软骨缺损治疗中的研究进展。
3D生物打印的“生物墨水”必须具有合适的流变性和细胞相容性,配制时要考虑其黏滞性、密度、表面张力,且要求其在打印前及打印中保持液态,打印后立即凝固,使其固化,从而保证设计的支架结构能保持原状不至塌陷。
3D打印技术在创伤骨科领域的应用进展
2021年4月第28卷第8期3D打印技术在创伤骨科领域的应用进展潘旭伟 华仲森 陈之青3D打印技术又被称作快速成型技术,是以数字资料为基础,根据熔融沉积制造、光固化立体成型术等各种不同的成型方式,以光敏树脂、丝状塑料、粉末状金属等具有黏合性的原材料,采用分层加工、叠加成型的方式逐层增加材料制备实物的新兴技术。
3D打印技术可迅速、准确地将计算机中的数字资料转化为实物模型,具有精准打印、个性化制作、制作时间短等优点。
现对3D 打印技术在创伤骨科领域的应用进展综述如下:1 3D打印制备等比例骨折模型传统的创伤骨折患者在诊断、治疗及手术方案的制定上是依托于X线、CT、MRI等影像资料来完成的,但这些影像资料仍然无法立体、准确且直观地显示骨折的具体信息,以此制定的手术方案仍存在一定的局限性。
3D 打印技术借助模型可更全面化、立体化、具体化地显示骨折部位的信息、骨折块之间的关系[1]。
术者在术前将实体模型上的相应骨折块进行模拟复位手术,从而制定更详尽的手术治疗方案,用于指导正式手术操作。
Niikura等[2]制作3D打印髋关节模型对5例髋关节骨折患者进行辅助治疗,手术复位过程中可能出现的问题大部分都在模型的模拟手术中发现,同时确定了骨折复位后使用内固定钢板及螺钉的种类、规格,对重建钢板进行预弯塑形处理、确定螺钉固定的位置、置入角度,并运用于正式手术。
术后5例患者复位良好,内固定置入位置与术前模拟手术一致,且关节腔内无一例内固定螺钉突入。
Yang等[3]研究了3D打印辅助截骨技术治疗7例外侧平台骨折后畸形愈合的患者,制备等比例大小骨骼模型用于精确测量和制定详细的截骨程序规划。
结果提示,3D打印技术有助于准确规划和实施截骨术,降低术后畸形的风险,减少术中出血量,缩短手术时间。
Kim等[4]还使用3D打印的锁骨模型进行术前规划,对健侧及患侧锁骨均行CT扫描,3D打印后得到两个真实大小的锁骨模型。
利用镜像技术将制作出骨折侧锁骨损伤前的模型,帮助外科医生操作和观察骨折的精确解剖,在实际手术前演练骨折复位。
骨软骨梯度支架的三维打印及其性能研究
骨软骨梯度支架的三维打印及其性能探究关键词:骨软骨梯度支架;三维打印;生物相容性;生物活性;机械性能一、引言近年来,骨软骨毁伤的发生率逐年增加,成为医学界和社会关注的焦点之一。
骨软骨缺损的治疗是骨组织工程领域的热点和难点,传统的治疗方法效果不佳,甚至会导致治疗失败,因此需要研发一种新型的支架来进行骨软骨修复。
骨软骨梯度支架是一种能够在骨软骨修复中起到重要作用的生物相容性和生物活性的支架。
其具有利于成骨细胞和软骨细胞生长的微环境,同时可以为这些细胞提供支撑和定向生长的通道。
因此,研制骨软骨梯度支架具有很大的临床应用前景。
二、试验设计本探究接受三维打印技术制备骨软骨梯度支架,所用材料为聚己内酯(PCL)和羟基磷灰石(HA)。
打印机用PLA材料,分别设置了5个不同的层次结构,以得到不同的孔径和孔隙比率,形成骨软骨梯度支架。
利用SEM,探究梯度支架形态、孔隙率、结构和生物活性。
三、试验结果通过SEM及其他相关测试,得出本探究制备骨软骨梯度支架形态规整、孔隙率高,具有较好的生物相容性和生物活性,能够增进成骨和软骨的生长。
同时,机械性能满足临床应用要求。
因此,三维打印制备的骨软骨梯度支架具有较好的应用前景。
四、谈论综上所述,骨软骨梯度支架是一种有潜力的生物材料,可以为人类骨软骨毁伤的治疗提供新思路和新方法。
接受三维打印技术制备的骨软骨梯度支架具有分外好的制备性能以及对成骨和软骨细胞的生长、再生具有极其良好的生物活性和机械性能。
五、结论本探究成功地接受三维打印技术制备了骨软骨梯度支架,其形态规则、孔隙率高,生物相容性和生物活性良好。
本探究为骨软骨梯度支架的开发提供了新思路和新方法,具有很大的应用前景六、将来展望随着科技的不息进步和人们对生物材料需求的增加,骨软骨梯度支架的探究将会越来越受到重视。
将来,我们可以进一步探究骨软骨梯度支架材料的改进,以提高其生物相容性和生物活性。
同时,我们也可以探究更多的技术以制备更加复杂的梯度支架,以进一步提高其医疗应用的性能。
基于三维打印技术的载药抗结核骨支架的构建与特性研究
基于三维打印技术的载药抗结核骨支架的构建与特性研究肺结核病是一个很古老的疾病,目前为我国的乙类传染性疾病,新中国成立以来,结核病得到了一定程度的控制,但近年来全球肺结核病例有卷土重来之势,作为肺外结核常见并发症之一的骨关节结核,由于其存在的难治性及复发性,已成为医学上的一项重大挑战。
传统治疗骨结核的方法主要是全身化疗与手术治疗相结合,全身给药存在着骨结核病灶处药物浓度低以及肝肾毒性大等问题,手术治疗也存在着病灶局部的复发以及骨缺损的问题。
故一种能在病灶局部持续有效地释放抗结核药物,并能修复骨缺损的一种载药支架材料在骨结核的治疗中尤为重要。
目前研制的不同载药支架,都存在着载药单一、释药节律过快或过慢,以及材料无法降解、成骨能力差等问题。
因此,研制出一种包埋多种药物并能按照一定节律释放的骨支架材料成为一大挑战。
载药材料的选择以及缓释体系的设计是这一研究的关键。
有序介孔材料,由于比表面积和孔容较高,孔道结构规则有序、孔径尺度在纳米范围、孔道表面易采用化学方法修饰以及生物相容性优良等一系列优点,在生物医药领域的药物载体方面具有较大的潜力。
介孔生物活性玻璃(MBG)具有比传统方法制备的生物玻璃更好的沉积羟基磷灰石的能力,作为具有良好生物活性的药物载体得到广泛研究。
将MBG与高分子材料复合制备支架,不仅会克服纯MBG无机支架过于脆弱的缺点,也可改善聚合物支架的生物活性和药物输送性能。
基于MBG材料表现出的良好生物活性和药物缓释性能,可将其应用于载药缓释支架的构建。
三维打印(3D-Printing)技术可以在计算机辅助下,根据计算机辅助设计(CAD)模型或者电子计算机断层扫描(CT)数据,通过材料的精确堆积为临床医学量身定做特定生物材料制品。
不同的材料及药物可根据需要调整比例后通过粘合剂进行混合后方便打印,可适用的成型材料类型众多,对于复杂空间结构的支架在制备上有其独特优势,通过逐层打印、层层叠加可精确的控制支架的结构,设计出来的支架材料在生物力学强度及孔隙率方面在一定程度上可控。
一种具有压电性能的骨组织工程支架3D打印材料
专利名称:一种具有压电性能的骨组织工程支架3D打印材料专利类型:发明专利
发明人:周苗,谌斯,郭凯,李树祎,耿远明
申请号:CN202111322904.2
申请日:20211109
公开号:CN113968731A
公开日:
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明属于生物医用材料技术领域,具体涉及一种具有压电性能的骨组织工程支架3D打印材料。
该材料以聚乙烯醇水溶液、钛酸钡、羟基磷灰石为主要原料,无需添加表面活性剂、除泡剂等辅料,即可得到粘度适中、均匀分布的3D打印材料,打印后所得骨组织工程支架结构保持能力较好,同时还能很好地保持细胞活性,在适当的外界机械力刺激下,在支架表面产生电荷,促进骨组织的生长及血管的形成,非常适用于制备骨修复材料;并且本发明骨组织工程支架制备方法简单,可针对不同的患者损伤部位制备出不同的形貌,使用范围广。
申请人:广州医科大学附属口腔医院(广州医科大学羊城医院)
地址:510150 广东省广州市荔湾区黄沙大道59号
国籍:CN
代理机构:广州粤高专利商标代理有限公司
代理人:陈嘉毅
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三维打印生物医用材料在骨组织工程领域的研究进展
三维打印生物医用材料在骨组织工程领域的研究进展三维打印技术由于其成型快速、可操控性强以及构建复杂形状的能力,在骨组织工程领域表现出无可比拟的优势,受到了研究者们越来越多的关注。
本文对三维打印技术进行了简要概述,重点介绍了适合三维打印的生物材料,并对其发展前景进行了展望。
三维打印技术近年来得到了迅猛发展,它实际上是一系列快速成型技术的统称。
其打印原理简单来说是采用分层加工、叠加成型的方式,即通过材料的精确逐层堆积从而快速制备形状复杂的三维物体[1]。
利用三维打印技术既可以制作标准模型,也可以为病人量身定制结构复杂的手术支架等。
通过计算机断层扫描(CT)或者核磁共振(MRI)等医学成像技术对病人骨缺损部位进行扫描得到所需要的支架模型,随后通过三维打印机制备成型,这是传统的成型技术难以实现的[2]。
近年来,三维打印技术在生物医学领域内取得了广泛应用,尤其在骨组织工程领域,三维打印技术由于其可量身定制性,结构和孔隙可控性以及可复合多种材料等特性受到了研究人员的广泛关注。
骨组织工程的基本方法是将分离的高浓度成骨相关细胞等,经体外培养后种植于天然的或人工合成的,具有良好生物相容性并可被人体逐步降解吸收的生物医用支架上。
这种医用支架可为细胞提供生存的三维空间,有利于细胞获得足够的营养物质,排泄代谢产物,并且能够按预制形态生长等。
然后将这种细胞与生物材料的复合体植入骨缺损部位,在材料逐步降解的同时,种植的骨细胞不断增殖,形成新骨,进而达到修复骨缺损的目的[3]。
在本篇综述中,我们详细介绍了骨组织工程领域内目前可用于三维打印的生物材料。
同时由于不同的打印机能够打印的生物材料不尽相同,所以我们也对三维打印机的种类及成型原理进行了简要概述。
三维打印技术简要概述目前市场上主要有熔融沉积式、立体平板印刷、选择性激光烧结、直接浆料挤压等技术可满足组织工程中支架材料打印的相关需要。
光固化立体印刷技术光固化立体印刷技术是通过特定波长与强度的激光聚焦到液态的光固化材料表面,使之按由点到线,由线到面的顺序凝固,完成一个层面的绘图作业。
高性能多孔β-磷酸三钙骨组织工程支架的3D打印
高性能多孔β-磷酸三钙骨组织工程支架的3D打印袁景;甄平;赵红斌【摘要】背景:虽然采用溶液浇铸/离子洗出法、原位成型法、静电纺丝法、相分离/冻干法、气体成孔法等制备骨组织工程支架可以获得比较满意的效果,但在精确性、孔隙均匀性、空间结构复杂性、支架个性化等方面略显不足。
<br> 目的:利用3D打印制备β-磷酸三钙骨组织工程支架。
<br> 方法:利用3D打印制备载药β-磷酸三钙支架,观察其结构,测量其孔隙率和力学强度。
将载药β-磷酸三钙支架置入模拟体液中15周,观察其质量变化。
将载药β-磷酸三钙支架与大鼠骨髓间充质干细胞共培养7 d,观察细胞黏附与形态变化。
分别采用载药β-磷酸三钙支架浸提液与含体积分数15%胎牛血清的低糖 DMEM培养基培养大鼠骨髓间充质干细胞,培养24,48,72 h检测细胞A值,并确定细胞毒性分级;同时成骨诱导培养1周,检测两组细胞碱性磷酸酶活性。
<br> 结果与结论:实验制备的支架微观孔隙呈不规则形,孔隙率高,孔隙分布均匀,孔隙连通率高,抗压强度大。
载药β-磷酸三钙支架在15周内基本降解完全,与松质骨缺损修复时间相当。
大鼠骨髓间充质干细胞黏附于载药β-磷酸三钙支架表面,并深入支架内部,生长良好,增殖活跃,细胞碱性磷酸酶活性有提高,说明载药β-磷酸三钙支架具有良好的细胞相容性。
%BACKGROUND:Although the preparation of bone tissue engineering scaffolds can achieve satisfactory results by solvent casting/particulate leaching, in situ molding method, electrospinning, phase seperation/freeze drying, gas foaming, there are stil some deficiencies in the accuracy, pore uniformity, spatial structure complexity, personalized stents. <br> OBJECTIVE:To prepareβ-tricalcium phosphate bone tissue engineering scaffolds using 3D printing. <br>METHODS:Drug-loadedβ-tricalcium phosphate scaffolds were prepared with 3D printing, and the structure was observed to measure its porosity and mechanical strength. The scaffold was immersed in simulated body fluid for 15 weeks to observe the quality change. The scaffold was co-cultured with rat bone marrow mesenchymal stem cells for 7 days to observe celladhesion and morphological changes. Rat bone marrow mesenchymal stem cells were cultured in extracts of drug-loadedβ-tricalcium phosphate scaffold and low-glucose Dulbecco's modified Eagle’s medium containing 15%fetal bovine serum for 24, 48, and 72 hours, to determine the absorbance values and cytotoxicity grading, respectively. Meanwhile, the cells were subjected to osteogenic culture for 1 week, and <br> the alkaline phosphatase activities in two groups were detected. <br> RESULTS AND CONCLUSION:The prepared scaffold showed irregular micropores, high porosity, uniform pore distribution, high pore connectivity rate, and large compressive strength. The drug-loadedβ-tricalcium phosphate scaffold degraded completely with 15 weeks, and cancellous bone defect repair was completed in the same period. Rat bone marrow mesenchymal stem cells adhered to the surface of drug-loadedβ-tricalcium phosphate scaffold and went deep into the scaffold, showing good growth and proliferation. The activity of alkaline phosphatase was also improved. These findings indicate that the drug-loadedβ-tricalcium phosphate scaffold has good biocompatibility.【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2014(000)043【总页数】8页(P6914-6921)【关键词】生物材料;骨生物材料;孔隙率;抗压强度;细胞相容性;有限元分析;国家自然科学基金【作者】袁景;甄平;赵红斌【作者单位】解放军兰州军区总医院全军骨科中心,甘肃省兰州市 730050; 甘肃中医学院研究生院,甘肃省兰州市730030;解放军兰州军区总医院全军骨科中心,甘肃省兰州市 730050;解放军兰州军区总医院全军骨科中心,甘肃省兰州市730050【正文语种】中文【中图分类】R318文章亮点:1 制备骨组织工程支架以往常采用溶液浇铸/离子洗出法、原位成型法、静电纺丝法、相分离/冻干法、气体成孔法等,这些制备方法获得了比较满意的效果,但在精确性、孔隙均匀性、空间结构复杂性、支架个性化等方面不尽人意。
光固化打印变泊松比纳米纤维素支架用于干细胞成软骨诱导研究
在PEGDA含量为10wt%情况下,当CNFs含量(29)2.5wt%时,CNFs/PEGDA共混光固化树脂的静态粘度大于~3Pa.s,符合喷墨形式的光固化打印对材料粘度的要求,而当CNFs含量£2.0wt%时,体系的静态粘度小于~3Pa.s,符合SLA打印对材料粘度的要求;在CNFs含量为2.0wt%情况下,当PEGDA含量≤20wt%时,体系的静态粘度符合SLA对油墨的粘度要求;当PEGDA含量(29)30wt%时,体系的静态粘度符合喷墨打印对油墨的粘度要求。Fs/PEGDA共混光固化树脂具有较好的光固化性能,CNFs含量对CNFs/PEGDA共混光固化树脂的固化深度无影响,引发剂含量与PEGDA含量对共混光固化树脂的固化深度影响较大。
光学显微镜表明,在光强为11mw/cm~2的条件下,固化时间为60s~70s之间时,可以得到网格结构清晰的水凝胶。Matlab模拟仿真表明,菲涅尔衍射理论可以解释掩膜固化条件下的过固化现象。
4.以水凝胶为原料,采用冷冻干燥方法制备了正、零、负泊松比的CNFs/PEGDA气凝胶,对气凝胶的压缩模量和形貌结构进行了表征。正泊松比、零泊松比和负泊松比的CNFs/PEGDA气凝胶的压缩模量分别为2.63MPa、2.86MPa和2.94MPa。
采用AutoCAD绘图软件,设计不同泊松比性质的孔结构掩膜;采用SLA技术,对CNFs/PEGDA共混光固化树脂进行光固化打印,获得了具有不同泊松比的水凝胶,然后经过冷冻干燥得到同时具有微孔和纳米孔结构的气凝胶,对气凝胶的形貌结构进行了表征。将具有不同泊松比的气凝胶进行干细胞培养实验,诱导干细胞转化为软骨细胞,探讨气凝胶的结构及泊松比对细胞粘附、细胞形态、生长增殖和分化的影响。
三维打印β-TCP颌骨修复支架的生物学评价
三维打印β-TCP颌骨修复支架的生物学评价曹帅帅;周苗;Pedro Miranda;车月娟;陈晓明;李树祎;耿远明;杨晓彬【期刊名称】《口腔医学研究》【年(卷),期】2017(33)7【摘要】目的:探讨三维打印β-磷酸三钙(β-Tricalcium Phosphate,β-TCP)颌骨修复支架的生物学特性及体内成骨作用。
方法:采用自动注浆技术制作β-TCP支架,将前成骨细胞(MC35T3-E1)接种在支架上,扫描电镜(SEM)观察材料结构与细胞黏附,CCK-8法检测细胞增殖,ALP法检测碱性磷酸酶活性。
将2种支架复合重组人骨形成蛋白-2(recombinant human bone morphogenetic protein-2,rhBMP-2)后植入大鼠体内,发泡法制作的β-TCP支架为对照组,6周后取材行组织学观察。
结果:三维打印支架具有规则多孔的立体结构,适合细胞黏附,且增殖及分化能力均高于对照组(P<0.05)。
组织学显示复合rhBMP-2后三维打印支架新骨生成量高于发泡法制作的β-TCP支架(P<0.05)。
结论:三维打印TCP支架生物相容性良好,复合rhBMP-2后可异位成骨。
【总页数】5页(P712-716)【关键词】三维打印;自动注浆技术;β-TCP;rhBMP-2;骨修复【作者】曹帅帅;周苗;Pedro Miranda;车月娟;陈晓明;李树祎;耿远明;杨晓彬【作者单位】广州医科大学附属口腔医院.广州口腔病研究所.口腔医学重点实验室;Departamento de Ingeniería Mecánica,Energética y de los Materiales,Universidad de Extremadura;中山大学孙逸仙纪念医院麻醉科;广州医科大学生物医学工程系;南方医科大学珠江医院口腔科【正文语种】中文【中图分类】R783.2【相关文献】1.3D打印制作个性化下颌骨三维网状修复体支架数字化建模方法的研究 [J], 鄢荣曾;骆丹媚;秦晓宇;李润欣;荣起国;胡敏2.三维打印聚乳酸-羟基乙酸/磷酸三钙骨修复支架的生物学评价 [J], 李树袆;周苗;赖毓霄;耿远明;曹帅帅;陈晓明3.3D打印定制化钛缺损替代物修复的下颌骨在3种加载方式下三维有限元应力分析 [J], 高俊武;汪慧渊;高琳4.细胞膜片复合3D打印马鹿角粉/丝素蛋白/聚乙烯醇支架对羊下颌骨缺损的修复效果 [J], 张凯;刘小元;李蕾;李君;韩祥祯;何惠宇5.细胞膜片复合3D打印马鹿角粉/丝素蛋白/聚乙烯醇支架对羊下颌骨缺损的修复效果 [J], 张凯;刘小元;李蕾;李君;韩祥祯;何惠宇因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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《中国组织工程研究》 Chinese Journal of Tissue Engineering Research文章编号:2095-4344(2019)06-00821-06 821www.CRTER .org·研究原著·苑博,男,1991年生,山东省淄博市人,汉族,解放军第二军医大学在读博士,主要从事骨组织工程方面的研究。
通讯作者:陈雄生,博士,博士生导师,主任医师,教授,解放军第二军医大学上海长征医院骨科医院脊柱外科,上海市 200003文献标识码:A稿件接受:2018-10-19Yuan Bo, Doctorate candidate, Spine Center, Department of Orthopedics, Shanghai Changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200003, ChinaCorresponding author: Chen Xiongsheng, MD, PhD, Chief physician, Professor, Doctoral supervisor, Spine Center, Department of Orthopedics, Shanghai Changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200003, China3D 打印技术构建不同比例聚己内酯-磷酸三钙支架及其体外 诱导成骨性能苑 博,王智巍,唐一钒,周盛源,陈雄生,贾连顺(解放军第二军医大学上海长征医院骨科医院脊柱外科,上海市 200003)DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.1578 ORCID: 0000-0001-9880-4864(苑博)文章快速阅读:文题释义:3D 打印技术:是一种材料加工方法,首先数码方法获取或者创建一个物理实体的CAD 模型;然后将CAD 模型转换为可以进行虚拟切割的电脑模型;再将其切割为一层一层的横断面,也成为“预加工”;随后RP 机器按照预先切割的横断面层层打印,每完成一层,工作台就会向上或者向下移动一层的厚度,进行下一层打印,直到整个打印过程结束;最后,根据制造工艺和制造目的的不同,进行辅助硬化、表面处理等“后加工”。
聚己内酯:是一种人工合成高分子有机化合物,作为美国FDA 批准的用于组织工程的生物材料,其具有良好的生物相容性、生物可降解性和可塑性,但其本身不具有生物活性,机械强度差,降解速度过慢,表面光滑,疏水性强,不适宜成骨细胞黏附和骨组织再生,常与其他一种或多种生物材料复合使用,以增强诱导成骨特性或生物力学强度。
摘要背景:骨组织工程支架的复合材料选择及混合比例对于支架成骨诱导作用的影响巨大。
目的:借助3D 打印技术构建不同混合比例的聚己内酯-磷酸三钙复合支架,探究其物理特征和成骨诱导能力。
方法:将聚己内酯(polycaprolactone ,PCL)和磷酸三钙(tricalcium phosphate ,TCP)分别按照10∶0、9∶1、8∶2、7∶3的质量比混合,借助3D 打印技术构建单纯聚己内酯支架和聚己内酯-磷酸三钙复合支架,分别命名为单纯PCL 支架、PCL-10%TCP 支架、PCL-20%TCP 支架、PCL-30%TCP 支架,利用扫描电子显微镜和疲劳试验机表征支架的微观结构和力学性能。
将兔骨髓间充质干细胞分别接种于单纯PCL 支架、PCL-10%TCP 支架、PCL-20%TCP 支架上,接种后第1,4,7天检测细胞增殖,第1,7,14天检测细胞内碱性磷酸酶活性,第7,14,21天检测支架上清液内的钙含量。
结果与结论:①PCL-30%TCP 支架无法通过该方式构建支架;②与单纯PCL 支架相比,PCL-10%TCP 支架、PCL-20%TCP 支架的抗压强度和弹性模量更强(P < 0.05),孔隙率无明显改变;③单纯PCL 支架、PCL-10%TCP 支架、PCL-20%TCP 支架均可观察到预先设计的孔隙结构,支架内部孔隙相互连通;④单纯PCL 支架、PCL-10%TCP 支架、PCL-20%TCP 支架均可促进骨髓间充质干细胞增殖,PCL-20%TCP 支架组接种第4,7天的细胞增殖效果优于其余两组支架(P < 0.05);⑤PCL-20%TCP 支架组接种第7,14天的细胞内碱性磷酸酶活性高于其余两组支架(P < 0.05);⑥接种第14天,PCL-20%TCP 支架组钙含量高于其余两组支架(P < 0.05);⑦结果表明,相比于其他支架,PCL-20%TCP 支架具有更好的力学性能,更能促进骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化。
关键词:3D 打印;聚己内酯;磷酸三钙;复合支架;力学性能;成骨分化;细胞内碱性磷酸酶活性 主题词:生物相容性材料;间质干细胞;细胞增殖;碱性磷酸酶;组织工程 中图分类号:R459.9;R318.08 基金资助:上海市科委基础研究重点项目(15JC1491003),项目负责人:陈雄生Construction of polycaprolactone-tricalcium phosphate with different mixture ratios using three-dimensional printing technology and its osteoinductivity in vitroYuan Bo, Wang Zhiwei, Tang Yifan, Zhou Shengyuan, Chen Xiongsheng, Jia Lianshun (Spine Center, Department of Orthopedics, Shanghai Changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200003, China)苑博,王智巍,唐一钒,周盛源,陈雄生,贾连顺. 3D 打印技术构建不同比例聚己内酯-磷酸三钙支架及其体外诱导成骨性能[J]. 中国组织工程研究,2019,23(6):821-826. DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.1578ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH822AbstractBACKGROUND: The choice and mixture ratio of composite materials for bone tissue engineering scaffolds have a great influence on the osteoinductivity of scaffolds.OBJECTIVE: To construct the polycaprolactone-tricalcium phosphate composite scaffolds with different mixture ratios using 3D printing technology, and to test their physiochemical characteristics and osteoinductivity.METHODS: Polycaprolactone and tricalcium phosphate were mixed in different ratios of 10:0, 9:1, 8:2, and 7:3, and the polycaprolactone and polycaprolactone-tricalcium phosphate scaffolds were constructed by the 3D printing technology. The scaffolds were named as PCL scaffold, PCL-10% TCP scaffold, PCL-20% TCP scaffold, PCL-30% TCP scaffold. The microstructure and mechanical properties of the scaffolds were characterized by scanning electron microscopy and fatigue testing machine. The proliferation and alkaline phosphatase activity of rabbit bone marrow mesenchymal stem cells seeded on different scaffolds were detected at 1, 4, 7 days of culture and at 1, 7 and 14 days of culture, respectively, by in vitro experiments. The content of calcium in the supernatant of the scaffolds was detected at 7, 14, and 21 days of culture RESULTS AND CONCLUSION: The PCL-30%TCP scaffold could not be constructed by this method. Compared with the PCL scaffold, the compressive strength and elastic modulus of the PCL-10% TCP and PCL-20% TCP composite scaffolds were stronger (P < 0.05), and the porosity did not change significantly. Pre-designed pore structure could be observed in the PCL, PCL-10%TCP and PCL-20%TCP scaffolds, and the internal pores of the scaffolds were interconnected. Bone marrow mesenchymal stem cells could proliferate on all the three scaffolds. The proliferation rate of the cells on the PCL-20% TCP scaffold was better than that of the other two scaffolds at 4 and 7 days of culture (P < 0.05). The alkaline phosphatase activity (7 and 14 days of culture) and calcium content (14 days of culture) of bone marrow mesenchymal stem cells on the PCL-20% TCP scaffold were significantly higher than those of the PCL and PCL-10%TCP scaffolds (P < 0.05). These results suggest that the PCL-20% TCP scaffold has better mechanical properties, and can promote the proliferation and osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells.Subject headings: Biocompatible Materials; Mesenchymal Stem Cells; Cell Proliferation; Alkaline Phosphatase; Tissue Engineering Funding: the Major Project of the Science and Technology Commission of Shanghai Municipality, No. 15JC1491003 (to CXS)0 引言 Introduction创伤、肿瘤、畸形、退变等原因引起的需要骨组织重建治疗疾患正逐年增加。