3D打印技术在医疗领域又创奇迹!

发布时间:2019-10-11

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随着越来越多的用户采用3D打印技术,该技术在各个领域的影响持续增长,尤其是在医学领域,因为研究人员在他们自己的实验室里通过生物打印技术,以及制造医疗设备、植入物、假体等方面,取得了长足的进步。尽管3D打印技术在听力设备和耳组织生物打印领域并不新鲜,但荷兰的研究人员已经研究出耳廓重建的新方法。

(A)植入物模型生物构建步骤示意图。(B)研究方法示意图。

首先,分别对海藻酸盐凝胶珠和3D打印PCL支架进行分析。

接下来,海藻酸盐和PCL结合形成耳廓植入模型。PCL:聚己内酯,聚-ε-己内酯。

Source / Images: ‘Design and fabrication of a hybrid alginate hydrogel/poly(ε‐caprolactone) mold for auricular cartilage reconstruction’

荷兰研究团队概述了他们在“设计和制造混合海藻酸水凝胶/聚(ε—己内酯)模具以实现耳软骨重建”的研究成果。基于创建3D打印软骨植入物这一颇具挑战性的目标,研究人员评估了他们所想要的生物打印材料是否真正可行,因为他们努力创建PCL支架,使用海藻酸盐作为细胞载体。该技术取得成功意味着解决更传?#36710;?#26041;法所存在的挑战,包括:

? 供皮区的发病率

? 植入物的风险性接触

? 外科手术的难点

研究人员在他们的论文中指出,“组织工程,结合新型的生物制造策略,成为构建具有病人源性供体细胞的耳廓植入物这一颇有前途的解决方案。这些生物化的耳廓构造最终可能用作病人特有的耳廓,以实现畸形耳廓重建。”

对这些科学家来说,关键是要?#19994;?#19968;种足以承受细胞生长和生成组织的支架。这?#20013;?#22411;支架必须既耐用又多孔,并且在生物降解性方面易于分解。由合成水凝胶或天然水凝胶组成的生物墨水可以用于3D打印细胞,也可以制作支撑支架,然后加入细胞水凝胶混合物。PCL是一种成功地运用于创建支架的塑性材料, 该支架足以牢固,以实现这一目标。采用不同的线股制作支架:

? 400 μm

? 600 μm

? 800 μm

? 1000 μm

? 1200 μm

定制的软件创建了G代码,在 3D Discovery上3D打印出医疗级PCL。之后,对模具进行清洗,消毒,密封。研究人员使用显微镜、数码相机和光?#35828;?#26469;评估每个样品的结构。随后他们评估了细胞活性,其次运用生物力学分析检测了PCL支架和藻酸盐水凝胶本身。然后他们发现支架是可行的。

3D打印PCL支架的CAD视图、总视?#24049;?#24494;观视?#36857;?#36825;些支架的线间距不同。

S代表样本,数字代表以微米(μm)为单位的线间距。

Source / Images: ‘Design and fabrication of a hybrid alginate hydrogel/poly(ε‐caprolactone) mold for auricular cartilage reconstruction’

研究人员说道:“3D打印PCL支架的结构性能取决于检测其表面孔隙度和力学性能。对PCL支架的宏观分析展现出其?#24049;?#30340;打印质量。然而,对单个PCL线的微观分析显示,在短距离内,单线?#26412;?#23384;在一定的差异。此外,支架的侧向图显?#31350;?#38553;宽度变化?#27927;蟆?#25972;体而言,孔隙宽度越小,3D打印支架的精度越高。”

由于研究人员考虑到以下问题,进一步检查了总体结果:

? 3D打印PCL的结构性能

? 海藻酸水凝胶珠中的细胞活力和增殖

? 水凝胶生物力学性能

? 新生软骨形成

? 耳廓植入物模型

研究人员称,3D打印软骨植入物确实具有在体内组织成熟过程中抵御挑战所需的机械性能,以及能够形成组织的天然核心。研究人员总结道:“这种模具易于打印和组装,并且这种设计可以很容易地注入任?#38382;?#21512;于组织形成的水凝胶。虽然需要长期的体内实验来测试其临床前适用性,但本研究的成果为在临床中使用生物制造组织构建提供了可能性的策略。”

A) PCL -海藻酸盐耳廓植入物模型的总视图。海藻酸盐存在于PCL模具的凹槽中。请注意。注意,第二部分—部分模具已经获取以供查看。(B)体外培养的PCL-海藻酸盐耳廓植入物模型。(C)经过21天培养后,从PCL模具中取出海藻酸盐的活/死染色。高细胞存活?#20351;?#31359;于整个植入物模型。

Source / Images: ‘Design and fabrication of a hybrid alginate hydrogel/poly(ε‐caprolactone) mold for auricular cartilage reconstruction’

如今,3D打印技术在医疗领域发挥的作用越来越大,影响也越来越大~


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