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我国3D打印生物医用材料研究取得新突破

本文摘要:目前骨肿瘤较常用的临床化疗方法有手术化疗、放射治疗和化学治疗。传统的超声与化疗都具备较小的副作用,手术化疗一般来说不会有骨肿瘤细胞瓦解且导致大块的骨缺损。如何制取出有兼备化疗骨肿瘤和修缮骨缺损的生物材料是一项相当大的挑战。 近期,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁与常江率领的研究小组首次明确提出将骨组织工程与光热化疗结合的思想,在制取用作化疗与修缮骨肿瘤病变的光热功能化的生物活性陶瓷支架的研究中获得了新进展。

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目前骨肿瘤较常用的临床化疗方法有手术化疗、放射治疗和化学治疗。传统的超声与化疗都具备较小的副作用,手术化疗一般来说不会有骨肿瘤细胞瓦解且导致大块的骨缺损。如何制取出有兼备化疗骨肿瘤和修缮骨缺损的生物材料是一项相当大的挑战。

  近期,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁与常江率领的研究小组首次明确提出将骨组织工程与光热化疗结合的思想,在制取用作化疗与修缮骨肿瘤病变的光热功能化的生物活性陶瓷支架的研究中获得了新进展。该研究通过3D打印机技术制取出有生物陶瓷与水解石墨烯填充支架(闻图1),在超低功率将近红外光下可使支架温度很快增高,且其光热性能高效率。在体外骨肿瘤细胞破片亲率超过90%(闻图2)。

在小鼠体内植入该功能化的支架并展开光照后,有效地诱导了裸鼠皮下肿瘤生长,而对照组肿瘤体积随天数持续减小(闻图3)。同时,该支架还能贞着增进骨间充质干细胞的细胞分裂与成骨分化,并诱导体内新生骨组织的长入,从而彰显了3D打印机生物陶瓷支架抗肿瘤和骨修缮的双功能性,在骨肿瘤的化疗与修缮中具备潜在的应用于。目前该研究成果被AdvancedFunctionalMaterials接管(该论文第一作者为在读博士生马红石)。审稿人高度评价了该项研究:“这是一项设计很好的研究,具备显著的创新性,解决问题了传统生物支架无法兼备肿瘤化疗与骨修缮的问题。

”目前,该成果早已申请人了专利一项。  另外,该研究小组通过三年的探寻,顺利解决问题了传统3D打印机生物陶瓷支架大孔尺度与大孔结构可控性不高的问题。近期,该小组还使用3D打印机方法顺利制取出有具备多级尺度、简单结构的生物陶瓷支架,还包括生物陶瓷空心管状冲刷的多孔支架(闻图4)以及大孔-介孔人组的多孔支架(闻图5),这些新型的支架材料更佳地仿真了人体的组织简单结构,其出骨、成血管化性能贞着提升。

涉及结果于最近分别公开发表在ACSAppliedMaterialsInterfaces,Nanoscale和ActaBiomaterialia等期刊上。(Nanoscale.2015;7(45):19207-21,ACSAppliedMaterialsInterfaces.2015;7:6541-6549.ActaBiomaterialia.2014;10(1):463-476)。

  涉及研究工作获得了中组部青年千人计划、科技部“863”计划以及所创意重点项目反对。  图1.3D打印机显生物陶瓷支架(左)与生物活性陶瓷/水解石墨烯填充支架(右)。  图2.3D打印机生物陶瓷/石墨烯填充支架在近红外光诱导的光热效应有效地杀掉肿瘤细胞(b,c,d,e,f,andm),如果在没将近红外光太阳光以及显的生物陶瓷支架上,肿瘤细胞生长完好无损(a,f,g,h,j,k,l,n,oandp)。

  图3.裸鼠近红外光照时的光热光学图(a)和温度变化曲线(b)。肿瘤活体荧光光学(c),肿瘤体积变化曲线(d),裸鼠化疗前后照片对比图(e)。

  图4.3D打印机具备中空管状结构生物陶瓷支架用作大块骨组织病变的修缮与再造,中空管状形貌与尺度可以获得很好的掌控。  图5.3D打印机具备编成大孔结构(a,b)以及有序介孔结构(c)的多级孔结构的生物陶瓷支架,该支架具备良好的成骨活性。


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