當骨骼「遭遇」3D列印：材料新技術促進骨組織再生

當前3D列印生物陶瓷支架主要用於骨組織工程，但在軟骨再生、腫瘤治療方面的研究並不多。如圖所示，3D列印的L2C4S4支架具有雙重生物活性，可以滿足軟骨和軟骨下骨重建的要求，這代表了一種全新的骨軟骨修復策略。

L2C4S4支架軟骨重建示意圖，這個過程採用溶膠-凝膠法合成了純相Li 2Ca4Si4O13粉體。3D列印的L2C4S4支架不僅促進軟骨成熟，而且刺激了骨骼成骨分化；L2C4S4支架顯著促進了軟骨再生，促進軟骨下骨組織在體內重建。

（a，b）LI2Ca4Si4O13支架照片，（c）LI2Ca4Si4O13支架掃描電鏡圖像；（d）手術後12周，LI2Ca4Si4O13支架中的缺陷照片，（E）微CT成像分析。

根據研究者的說法，他們採用3D列印技術，製造了一種可印刷的生物陶瓷，包括鋰、鈣和硅離子的混合物，可以同時支持軟骨和骨組織的再生。

退化性疾病和影響軟骨的損傷可以延伸到下面的骨骼組織，這被組織被稱為軟骨下組織，尤其是關節周圍大量存在。關節炎疾病進程中，軟骨首先受到損傷，而軟骨損傷通常累及軟骨下骨，進而導致骨-軟骨缺損。由於軟骨和軟骨下骨的生物學特性不同，因此骨-軟骨一體化修復極具挑戰。而且由於軟骨自愈能力很差，因此，對於骨科和運動醫學而言，這種類型的關節軟骨損傷更加難以修復。

由於軟骨和軟骨下組織具有不同的組分和生物學特性，因此，現有技術很難設計和製造能夠同時支持這兩種組織再生的支架材料。然而，Chengtie Wu和來自上海陶瓷研究院、中國科學院和南京醫科大學南京醫院的同事們，已經開發出一種純相的鋰硅酸鈣（簡稱Li2Ca4Si4O13或L2C4S4），這可能是一種很有前途的生物材料。可以用於軟骨-軟骨下組織界面的損傷修復。

研究人員在新材料中加入了一些已知的生物活性成分。Si在原生骨形成的初始礦化階段起著重要作用，硅酸鹽生物材料刺激幹細胞的增殖和骨相關基因表達，從而增強成骨和骨組織再生。LiCl鹽刺激軟骨下骨組織形成，似乎還可以防止軟骨退化。最近的研究表明，LI還可以刺激軟骨細胞的增殖。

「幾種重要營養元素的組合方式可能對這兩種組織有著重要影響，」 Wu解釋說。

這個研究小組設計了一種簡單的濕化學溶膠-凝膠法，用這種來生產生物陶瓷L2C4S4的高質量粉末，然後將其摻入油墨中進行3D列印。這使得對支架的孔隙率和孔徑有了高度控制，研究人員製備的孔隙從170微米到400微米不等。不僅得到的支架比其他3D印刷生物陶瓷支架強2-3倍，而且力學性能與天然骨相當。

「l2c4s4支架明顯加速軟骨再生，以及促進了軟骨下骨組織的重建，」 Wu指出。

製備的支架堅固穩定，足以為初始骨組織提供良好的支撐，而孔隙為細胞遷移或運輸提供了一條簡單的路徑，並為骨向內生長提供了充足的空間。L2C4S4支架在體內表現出明顯的磷灰石礦化和軟骨下骨的再生長，但一旦它們完成了它們的使命，它們還可以自行降解，因為這是一種生物降解材料。

Wu認為，雙活性生物陶瓷L2C4S4支架為軟骨損傷的再生提供了靈巧的解決方案。

文章來自materialstoday網站，原文題目為3D-printed scaffolds support cartilage and bone growth，由材料科技在線匯總整理。

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