深圳先進院等在生物3D打印精準(zhǔn)構(gòu)建仿骨骼徑向結(jié)構(gòu)材料取得進展

來源：深圳先進院

2012年12月，近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)藥所退行性中心的阮長順、潘浩波和哈爾濱工業(yè)大學(xué)富宏亞多團隊交叉協(xié)作，提出一種可用于擠出式3D打印的仿天然骨組織“松質(zhì)骨-皮質(zhì)骨”徑向連續(xù)孔隙調(diào)控的骨組織工程支架構(gòu)筑策略，將分形學(xué)理論結(jié)合骨組織工程支架生物制造中，克服了傳統(tǒng)擠出式3D打印技術(shù)難以實現(xiàn)徑向梯度孔隙結(jié)構(gòu)的困難。 相關(guān)研究成果以“Fractal Design Boosts Extrusion-Based 3D Printing of Bone-Mimicking Radial-Gradient Scaffolds”為題，發(fā)表在綜合性領(lǐng)域權(quán)威期刊Research。哈爾濱工業(yè)大學(xué)與中國科學(xué)院深圳先進院醫(yī)藥所聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生屈華偉為論文第一作者，醫(yī)藥所阮長順研究員、潘浩波研究員和哈爾濱工業(yè)大學(xué)富宏亞教授是論文的通訊作者。

臨界骨缺損修復(fù)作為骨科面臨的主要問題之一嚴(yán)重影響人們的健康和生活質(zhì)量。人體天然骨組織由高孔隙率的松質(zhì)骨和低孔隙率的密質(zhì)骨組成，具有緊密的徑向梯度結(jié)構(gòu)。如何實現(xiàn)骨植入修復(fù)材料具有天然骨組織徑向梯度結(jié)構(gòu)一直是骨組織工程研究領(lǐng)域的難點。擠出式3D打印，因其操作簡單、可用材料范圍廣、易于細(xì)胞打印等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用，目前雖有一些文獻通過調(diào)整擠出絲束直徑和分布間距等參數(shù)來設(shè)計具有軸向梯度孔隙的支架，但對于支架沿徑向梯度變化的研究仍具挑戰(zhàn)。

△仿生徑向梯度骨組織工程支架的設(shè)計示意圖

鑒于此，該團隊受分形理論的啟發(fā)，基于科赫雪花的迭代規(guī)則設(shè)計、定義了分形支架的分形曲線的單元線條。通過將分形單元線條進行圓周陣列得到分形層，并設(shè)計圓環(huán)層使其在擠出式3D打印堆積成型的過程中與分形層相互支撐。此外，為了參數(shù)化構(gòu)建徑向梯度骨組織工程支架，還搭建了“設(shè)計-分析-制造”的工作流。研究結(jié)果表明所構(gòu)建的仿生徑向梯度支架在孔隙結(jié)構(gòu)、滲透性能、機械性能等方面展現(xiàn)優(yōu)異的梯度特征。

該項目得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然基金、中國科學(xué)院青促會、廣東省及深圳市基礎(chǔ)研究等項目資助。