个性化医疗方案


近年来,针对各组织器官的个性化研究已经在世界范围内的各科研机构蓬勃开展,尤其最近发表在Advanced Science上,关于3D打印第一颗完整心脏的报道。该研究使用患者自身的细胞和生物材料打印了具有血管化的心脏,且具有初步的收缩功能。于此不久,来自华盛顿大学的Kelly R. Steven教授及莱斯大学Jordan S. Miller教授在Science上发表了一种利用3D打印技术从而构建可以”呼吸“的肺。个性化医疗方案在时代的进步中逐渐被研究者实现。现以目前最为成熟的骨组织修复为案列进行分析:
图示中显示了自然情况下骨愈合的过程,而以生物3D打印辅助的生物支架材料可以帮助骨组织在符合生理环境下快速愈合。

骨支架

清华大学熊卓和第四军医大学利用PLLA/TCP复合材料,PLLATCP的质量比为7:3,制造支架的开放孔隙的孔隙率为80%,大孔孔径约为500 μm,微孔孔径约为5 μm。支架的外形为直径5mm、长15mm的圆柱形;生长因子为rhBMP-2。结果显示术后4周,骨缺损区有不均匀的低密度骨痂显影;术后8周,骨痂显影密度增高,骨痂外层形成皮质骨轮廓,与缺损断端连接;术后12周,骨痂密度进一步增高,中心区出现与植入支架轮廓一致的高密度区,周围皮质骨轮廓清晰,与断端连接良好;术后24周,骨痂塑型完好,骨痂皮质骨与缺损两断端的皮质骨完全融合成一体,骨痂中心区密度降低。


含镁支

赖博士等利用低温沉积3D打印出PLGA/TCP/Mg体系的支架,宏观空隙有450μm,微观空隙在2.5-90μm之间,Mg的加入可以极大提高支架的力学性能,15%wtMg其力学强度可以达104Mpa,而且保证良好的生物学性能可以促进并诱导细胞增殖分化成骨组织。


Hongbin Fan等利用低温沉积3D打印出PLGA支架,形成PLGA-gelatin/chondroitin/hyaluronate PLGA-GCH)混合体系支架,然后种植MSCs来进行软骨重建研究(具体参数请参考原文)。PLGA-GCH可以模拟ECM作为软骨组织工程支架,MSCs种植后可以保留其软骨形成能力,从而保证了良好的软骨重建能力和减少退化性能。




虽然现阶段在骨支架的研究已经取得了不小的进展,涉及的领域也更多,但是支架仍然面对力学性能不足,表面亲水性仍需提升的问题,还需改善支架结构对细胞增殖分化的诱导性和引导性(支架结构需要更加复杂、仿生)。

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