I ricercatori della Sichuan University esaminano quattro livelli di scaffold PCL stampati in 3D
La stampa 3D in medicina e in strutture come le impalcature è diventata quasi un luogo comune oggi, ma gli scienziati continuano a perfezionare i processi per aiutare i pazienti con una varietà di condizioni, molte delle quali in pericolo di vita. Un team del Centro di ricerca sui nanomateriali dell’Università di Sichuan ha recentemente deciso di esplorare un argomento importante e rilevante in ” Modifica degli scaffold PCL stampati in 3D da parte di PVAc e HA per migliorare citocompatibilità e osteogenesi “.
Quattro gruppi di scaffold sono stati stampati in 3D nello studio, nei seguenti materiali:
PCL
PCL / PVAc
PCL / HA
PCL / PVAc / HA
Il team ha studiato le loro morfologie, proprietà meccaniche e caratteristiche biologiche, con due nuovi tipi di modelli di formazione ossea scoperti durante lo studio, uno formato sulla matrice della griglia e un altro come nuovo osso ripreso in cerchi dopo essere stato precedentemente formato nel centro della struttura .
Nell’introduzione al loro studio, i ricercatori discutono le potenziali offerte di stampa 3D per scienziati dei materiali e chirurghi ortopedici, poiché gli scaffold possono essere fabbricati strato per strato in conformità con i dati CT disponibili e personalizzati che presentano difetti ossei.
“Con l’aiuto della tecnologia di stampa 3D, i medici possono fabbricare scaffold di diverse dimensioni, forme specifiche e porosità”, affermano i ricercatori.
PCL è stato approvato dalla FDA e offre un materiale adatto per scaffold di stampa 3D a causa dell’elevata cristallinità e di un basso punto di fusione. Il team di ricerca sottolinea che offre anche “eccellente lavorabilità e lavorabilità” quando stampa a temperature normali. I materiali sono già in uso per una vasta gamma di esigenze mediche, tra cui riparazioni craniche, viti per riparare le fratture ossee, sistemi con meccanismi a rilascio prolungato e già utilizzati come matrice di stampa 3D per gli scaffold di idrossiapatite. PCL è anche un materiale bioassorbibile che è considerato eccezionalmente sicuro.
Con tutto il bene ovviamente, arriva un po ‘di brutto, e il team di scienziati discute le carenze che hanno scoperto con PCL e idrossiapatite (HA):
“Da un lato, il PCL è un materiale idrofobo senza propensione all’attaccamento cellulare. D’altra parte, il tasso di degradazione di PCL è molto lento. Un guscio polimerico si forma naturalmente sullo stent degli scaffold durante il processo di stampa. Pertanto, è difficile esporre le particelle di HA incorporate nella matrice PCL, che influisce sulla funzione di legame osseo del materiale HA. “
Il team continua a sottolineare la necessità delle seguenti funzionalità negli scaffold:
Biodegradabilità controllata
Appropriata resistenza meccanica
Struttura dei pori interconnessa
Porosità per la crescita cellulare
La stampa 3D è considerata adatta a tutti questi requisiti perché consente la fabbricazione dei pori interconnessi per la rigenerazione ossea.
(a) Il processo di impianto di un’impalcatura stampata in 3D nei difetti ossei dei conigli. (b) Microstruttura dell’osso corticale umano. (c) Schema schematico della struttura del canale che è uno spazio ideale per l’ingrowth del tessuto osseo; una struttura del canale è stata osservata insieme alla freccia nera. (d) Foto lorda dello scaffold stampato 3d (e) foto del lato dello scaffold stampato. (f) Foto della superficie superiore dello scaffold stampato. (g) il canale mostrato nella mappa dello schizzo della struttura dello scaffold a stampa 3d.
I quattro gruppi di scaffold sono stati stampati in 3D sul 3D Bioprinter V2.0 (prodotto da Hangzhou Regenovo Biotechnology Co. , Ltd, Cina), tutti con le stesse impostazioni:
“Ugello del diametro di 0,34 mm, una distanza del filamento di 0,5 mm, uno spessore dello strato di 0,1 mm e un modello di posa di 0 ° / 90 °. La dimensione di un gap del filamento era di 0,5 mm in accordo con gli studi precedenti. 14 scaffold disco di 14 ( D ) × 1,5 ( H ) mm sono stati fabbricati per colture cellulari in vitro . Gli scaffold di colonne di 5 ( D ) × 6 ( H ) mm sono stati fabbricati per studi in vivo . Ponteggi rettangolari di 10 ( L ) x 10 ( W ) x 10 ( H ) mm sono state realizzate per prove meccaniche e analisi altri caratterizzazione “.
I risultati hanno mostrato che tutti gli scaffold avevano porosità simile nell’intervallo tra 74,1 percento e 76,1 percento, ma c’erano differenze nelle proprietà meccaniche:
“Lo scaffold PCL deteneva la più alta resistenza alla compressione di 11,9 MPa ( p <0,05), mentre lo scaffold PCL / HA aveva il modulo più alto di 125,4 MPa ( p <0,05). Lo scaffold PCL / PVAc ha mostrato i valori più bassi sia della resistenza a compressione (3.9 MPa) che del modulo (26.6 MPa). I valori delle proprietà meccaniche dello scaffold tri-componente PCL / PVAc / HA (6,3 MPa e 55,5 MPa) erano superiori a quelli di PCL / PVAc ma inferiori a quelli di PCL e PCL / HA senza differenze statistiche osservate tra di loro. “
Nel complesso, gli scaffold hanno avuto successo, anche se lo scaffold PCL / PVAc / HA ha mostrato caratteristiche più favorevoli durante l’esperimento di coltura cellulare in vitro e la formazione ossea in vivo .
“Il nuovo scaffold stampato in 3D presenta una promettente prospettiva per le future applicazioni biomediche”, hanno concluso i ricercatori.
Immagini di sezioni istologiche con colorazione H & E di PCL / HA e scaffold PCL / PVAc / HA dopo l’impianto in difetti ossei per 4, 8 e 12 settimane.
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