Acta Biomaterialia：可用于骨組織工程領(lǐng)域的3D打印抗菌支架

導(dǎo)讀：骨骼手術(shù)是一個(gè)復(fù)雜而痛苦的過程，外科醫(yī)生往往會(huì)采取各種預(yù)防措施來防止感染。骨骼感染一直是骨科領(lǐng)域的一大難題，最好的情況是需要抗生素即可治愈，最壞的情況是需要長時(shí)間的住院和手術(shù)。因此，任何能夠預(yù)防這些感染的產(chǎn)品都能在醫(yī)療保健和預(yù)防死亡方面發(fā)揮重要作用。

2023年1月7日，南極熊獲悉，來自馬德里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，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)的感染問題�；瘜W(xué)摻雜是一種常見的手段，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，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。（圖片來源：Iaremenko Sergii / Shutterstock）