怎么樣才能3D打印骨骼？幾年前，如果您向人們（甚至包括許多研究人員）問出這個問題的話，他們可能會很奇怪的看著您。而今天我們已經(jīng)知道了：3D打印骨骼需要將可吸收的材料（比如可生物降解的聚合物）和一種無機生物活性材料（比如陶瓷等）相結(jié)合起來。
在西班牙馬德里康普頓斯大學，由Maria Vallet-Regí教授領(lǐng)導的一個研究團隊最近證實，如果將碳納米管加入上述混合物中，從而在骨組織里形成一個3D電路網(wǎng)絡(luò)的話，其實可以刺激骨細胞的再生。為了證明這一點，他們與阿威羅大學（葡萄牙）合作，使用一臺EnvisionTEC公司的3D—Bioplotter生物支架3D打印機進行了試驗，并將結(jié)果發(fā)表在了《Journal of Biomedical Materials Research》雜志上。
在這次試驗中，研究人員使用的聚合物是相當容易3D打印的材料，并且經(jīng)FDA批準開用于植入物的：聚己內(nèi)酯（PCL)，而相應(yīng)的陶瓷相材料則是羥磷灰石，一種常見的鈣類礦物。
“如今，磷酸鈣、玻璃和聚合物被廣泛應(yīng)用于組織工程中的骨再生和生物相容性功能材料，因為它們與天然的骨組織非常相似。”該項目的首席研究員 Mercedes Vila說，“這些類型的材料就經(jīng)過了不同成型方法的設(shè)計以獲得所需形狀和大小的植入件和支架。”
而將碳納米管（或CNT）加入到可生物打印的材料混合物可以在生物支架中創(chuàng)造一個立體導電網(wǎng)絡(luò)，當將這種支架植入受損的骨部位時，可以起到刺激的作用。”這樣做的原因，Mercedes解釋說，是現(xiàn)代技術(shù)可以將堅固性的材料與智能系統(tǒng)結(jié)合起來可以對外界刺激做出反應(yīng)，從而加速骨整合（骨再生）過程。CNT是用單原子厚的石墨烯片卷起來所形成的非常長的細絲，其直徑僅幾納米。
Mercedes指出：“某些類型的細胞行為，如粘附和分化，會受到電刺激的影響。 因此，在材料表面上創(chuàng)造一個正的或負的永久電荷，或者一個直接電刺激可以促進將帶電離子從環(huán)境中吸引到細胞上。這會改變他們的蛋白質(zhì)吸附，并對細胞的代謝活動產(chǎn)生后續(xù)影響。因此，在植入生物材料之后使用電刺激可以有利于細胞粘附和分化，最終加速了骨整合的過程。”
這基本上意味著，如果將導電碳納米管加入3D打印的骨植入物中，可以刺激骨細胞的再生長。當然，現(xiàn)在僅僅是在體外和細胞水平上得到了證明，但前進的道路是明確的。而且，將碳納米管用于生物打印不會產(chǎn)生任何其它的問題，，因為它們是如此之薄，可以非常自如地通過任何氣動注射器。實際上，這一技術(shù)最大難題往往出現(xiàn)在如何找到CPL與羥基磷灰石混合物的最合適粘度。
“尋找的合適粘度，使其既能夠通過注射器，同時又能保持足夠的牢固性，以在室溫狀態(tài)下獲得3D打印的支架，是相當復雜的。”Mercedes承認，“而且，一旦PCL和羥基磷灰石混合在一起，再加入CNT并使它們適當?shù)姆稚⑿枰L時間的攪拌。”
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