温州3D打印

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3D打印提供机械支撑的支架材料

    

       组织工程是通过工程技术与生命科学的原理和方法制备出组织替代物,改善和修复组织缺损或恢复功能的新技术,与它相关的领域包括分子材料学、生物学、临床医学、工程制造等多个学科,在医学领域研究最多的是工程化骨与软骨组织。其方法是将有生物活性的细胞接种于3D打印支架上,在某种信号因子的参与下,体外构建目标组织或器官,培养一定时间后,将它们植入体内逐渐修复缺损组织或器官,关键是构建由目的细胞与支架材料组成的三维复合物。组织工程有三大要素,包括种子细胞、支架材料、信号因子,其中种子细胞是基本要素,多选择成体细胞和间充质干细胞;信号因子具备良好的生物活性,可促进细胞增殖分化;支架材料的选择是组织器官重建的重点,它可模拟细胞外基质(ECM),为细胞提供基本的生长环境。
       随着近年来组织工程的发展,其涉及的组织类型也不断增加,包括骨与软骨组织工程,脂肪组织工程,神经组织工程,真皮组织工程,血管组织工程等。而由于外伤、先天性畸形、病损切除导致的软组织缺损,多需行手术修复,其常用方法有皮瓣、肌皮瓣移植、人工合成替代物的植入,但当前还没有一种填充材料可以满足临床及患者需求。利用自体脂肪组织移植(游离移植或真皮脂肪瓣移植)修复软组织缺损已有较长历史,临床应用中也有不少报道,但游离移植后脂肪细胞成活率低、容易吸收,真皮脂肪瓣移植操作复杂、不易塑形,治疗效果并非十分理想。因此,应用组织工程学原理来构建脂肪组织已成为组织工程研究领域的热点之一。
       脂肪组织工程旨在把目的细胞接种于支架材料上,在适宜的生长环境及信号因子的作用下,逐渐形成成熟脂肪组织。支架材料充分模拟了ECM环境,为种子细胞提供了适宜其生长、粘附、分化、繁殖的生物学三维空间,还能促进目的细胞合成新的细胞外基质成分,增强细胞代谢活性。成功构建组织工程化脂肪的方案,需要包括以下几个方面:一是目的细胞的获取(多为ADSCs);二是要有能够调控种子细胞生长和分化的各类细胞因子;三是支架材料的选择。

       提供机械支撑的支架材料应具有以下特性:

  • 较好的生物相容性,它有助于细胞粘附、维持细胞的适当功能和细胞在支架上的生长增殖。
  • 适中的生物降解性,此类材料可被身体周围组织吸收,避免了手术切除支架的需要。可降解材料具备两个条件:一是合适的体内降解速率,即降解速度与组织生长速度相匹配;二是降解后产物在体内代谢完全,无毒无害。
  • 具有促进组织再生的能力,这样可以增强组织的修复能力,加快组织愈合。
  • 具有相当的机械强度与变形能力。
  • 无毒性及无免疫原性。支架本身及其产物应无毒、无害,不引起机体免疫反应。
  • 适宜的孔径利于细胞附着生长,也有助于血管化。理想情况下,90%的孔隙率和100-500μm的孔径是合适的。
  • 来源广,易获取,成本低。

2019-10-08 14:21:48