组织工程的突破，支持组织生长的记忆支架

　　

今天发表的研究已经证明了3D打印组织支架的可行性，这种支架在植入后可以无害地降解，同时促进组织再生。

支架显示出非常有希望的组织愈合性能，包括支持细胞迁移、组织“生长”和血管重建（血管生长）的能力。

来自伯明翰大学化学学院的Andrew Dove教授领导了这一研究小组，他是发表在《Nature Communications》上的论文的主要作者，这篇文章描述了支架的物理特性，并解释了“形状记忆”是如何促进组织再生的关键。

Dove教授评论说：“支架有均匀分布和相互连接的孔隙，允许周围组织的营养物质扩散。形状记忆意味着当支架植入组织时，这种结构被保留下来，这支持细胞渗入支架，同时鼓励组织再生和血运重建。”

这些支架是在伯明翰大学和沃里克大学的Andrew Dove教授领导的一项重大生物材料研究项目中使用的3D打印树脂墨水。这些树脂的商品名是4Degra™ 由伯明翰大学企业和2020年5月成立的沃里克创新推出的4D生物材料。

与目前用于填充创伤或手术后留下的软组织空隙的方法相比，这种支架显示出几个主要的优点，包括足够的弹性以适应不规则的空隙，在恢复其原始几何结构之前承受高达85%的压缩的能力，与组织的相容性，无毒生物降解。

本文介绍了4Degra™的几种组成 能够制造各种强度材料的树脂。所有组合物均包括光引发剂和光抑制剂，以确保树脂在可见光谱中暴露于光时迅速变成凝胶，从而使其3D打印成一系列支架几何形状。

研究人员表明，这种材料对细胞无毒，他们还进行了力学测试，以确保支架在压缩后能够恢复其形状、几何形状和孔径，并进行了测试，显示支架可以填充海藻酸钠凝胶中的不规则形状的空隙，海藻酸钠凝胶被用作软组织的模拟物。

实验室研究表明，支架通过表面腐蚀降解为非酸性产物，这意味着支架结构允许缓慢、连续的组织浸润。

这一发现在模拟植入脂肪组织的小鼠模型中得到证实。这些研究显示两个月时脂肪细胞和成纤维细胞浸润和血管形成，组织排列和巨噬细胞的存在表明正常组织恢复，无受损、疤痕组织或炎症反应。

四个月后，研究人员在周围组织中发现了小而成熟的血管。支架具有良好的生物相容性。种植体周围形成的胶原膜不到200个μ米厚，远低于500米μm阈值用于其他研究的生物相容性，无钙化或坏死。

同样在4个月时，80%的支架仍然存在，证明了实验室研究预测的缓慢降解，并表明支架将提供超过一年的支持，为成熟组织的生长提供足够的时间。对照组使用聚L-乳酸（PLLA）作为对照，在四个月的时间里没有显示出明显的减少。

Dove教授评论说：“3D打印材料在组织工程界受到了很多关注。然而，空隙填充材料提供机械支持、生物相容性和表面侵蚀特性，确保愈合过程中组织支持的一致性，这意味着在材料设计中需要考虑第四维度（时间）。

“我们已经证明有可能生产出具有形状记忆的高度多孔的支架，我们的工艺和材料将能够生产出在微创手术中具有软组织空隙几何结构的自装配支架，而不会变形或对周围组织施加压力。随着时间的推移，支架的腐蚀和最小的膨胀，允许缓慢的连续组织浸润而不发生机械降解。”

4D生物材料在扩大4Degra™生产方面取得了快速进展。

首席执行官Phil Smith表示：“我们希望与欧洲和北美的创新公司合作，开发新一代3D打印医疗设备，将4Degra™ 的独特优势转化为现实。将树脂油墨平台应用于改善患者的治疗效果。随着第一批客户发货的发出和一轮融资即将结束，我们将很快发布新公告。”