《Nature Communications》立體光刻4D 聚碳酸酯作為軟組織修復支架

來源：高分子材料科學

摘要：3D 打印已成為克服傳統(tǒng)組織工程支架設計的加工和形態(tài)限制的最有前途的工具之一。然而，需要改進的微創(chuàng)、空隙填充材料以提供機械支撐、生物相容性和表面侵蝕特性，以確保在愈合過程中一致的組織支撐。

最近，英國伯明翰大學Andrew C. Weems、Andrew P. Dove教授團隊設計了軟的、彈性脂肪族聚碳酸酯基材料，為經(jīng)過光聚合形成支撐性軟組織工程支架。打印支架的 4D 特性體現(xiàn)在它們的形狀記憶特性上，這使它們能夠填充模型軟組織空隙而不會使周圍材料變形。在體內，發(fā)現(xiàn)脂肪細胞小葉在 2 個月內滲入表面侵蝕支架，同時觀察到新血管形成。值得注意的是，減少的膠原膠囊厚度表明這些支架在脂肪組織工程和修復方面非常有前景。相關論文以題為4D polycarbonates via stereolithography as scaffolds for soft tissue repair發(fā)表在《Nature Communications》上。

主圖導讀

    圖 2：材料配方和 3D 打印。凝膠時間，對應于樹脂的光流變相變行為研究 (a) 和烯烴單體通過硫醇-烯自由基反應轉化為含硫醚的物質 (b) 在 340–430 nm 和 10 mW·cm−2 輻照下 30 s 對于不同的樹脂成分。多孔支架在數(shù)字光處理 (DLP) 3D 打印過程中被還原為 2D 圖像和光交聯(lián) (c)，并用于產(chǎn)生與 CAD 效果圖相同的多孔結構（示例原型的象形圖，比例尺 = 2 mm (d) 和顯微 CT 代表圖像，比例尺 = 500 μm (e)。

    圖 3：細胞對聚碳酸酯基材料的反應。PTMPTX (a, c) 和 PNTCTX 支架 (b, d) 的脂肪細胞 (a, b) 和成纖維細胞 (c, d) 的代表性圖像。增殖 7 天后，脂肪細胞在頂部 (e) 和底部 (f) 的 3D PTMPTCX 支架上的共聚焦圖像。具有代表性的印刷階梯金字塔結構（具有光滑的玻璃表面鑄造和交替階梯設計），來自兩個表面的相應圖像疊加以顯示 7 天（g）后的細胞（前成骨細胞）遷移，顯示之間沒有差異 表面形態(tài)和細胞增殖。

圖 4：聚碳酸酯基材料的熱機械性能。

圖 5：形狀記憶行為。

圖 6：3D 打印材料的膨脹和降解行為。

    圖 7：組織病理學分析。來自 PLLA 對照材料在 1 個月（a）和 4 個月（e）與 PTMPTCX 膜同時（b、f）的代表性組織學圖像。4 個月后，PTMPCX (c, g) 和 PNTCTX (d, h) 打印支架的 Masson 三色 (c, d) 和 H&E (g, h) 圖像，以及相應的組織學評分和評估。

總結
總之，可印刷性、形狀記憶、表面侵蝕和優(yōu)異的生物相容性的獨特組合，再加上調節(jié)所得聚碳酸酯的熱機械性能的能力，使它們能夠在組織工程的各種應用中展現(xiàn)出巨大的應用潛力。這種設計合理的材料允許使用光聚合增材制造輕松合成和有效加工合成聚合物組織支架。這開啟了醫(yī)療保健、制造和治療領域的廣泛應用，旨在提高患者的生活質量。這些基于聚碳酸酯的系統(tǒng)的多功能性可以使其應用擴展到腹腔鏡設備設計或調整用于導管等應用以及用于心血管、腎臟或肝臟手術的其他微創(chuàng)手術技術，其中可注射或需要可壓縮的支架和貼片。

參考文獻：
doi.org/10.1038/s41467-021-23956-6