生物3D打印技术的打印程序和原理2022-07-14 08:49:12
目前在结合3D打印的骨组织工程中,如何打印出具有生物活性的载体是研究的热点。打印过程中温度过高或局部压力过强都会导致细胞的失活,种子细胞周围的基质成分和各种细胞因子所构成的微环境也极其关键。目前国际中主流的打印程序有两种:一种方式是需要2个以上不同特性的打印喷头,将BMSCs与原始支架材料同时复合打印,优势是打印完成即具有所需的生物活性,但对打印要求高,打印温度和打印速度稍有调动即可造成细胞的失活和打印的失败。另一种是根据设计的载体材料预先打印出仿生骨的原始支架,再将分离培养的BMSCs及基质液在原始支架中种植,通过传代培养和诱导成骨分化后最终形成有活性的三维骨组织修复材料,此种方式是目前最常用于生物骨的打印,优势是操作方便、技术难度低和成活率高,但缺点是培养周期相对较长。
生物3D打印技术的主要步骤为通过医学成像在计算机辅助设计建模后,运用适宜的打印技术将原料打印出成品的过程。目前在干细胞组织工程中应用于生物3D打印技术有喷墨打印技术、选择性激光烧结技术、光固化成型技术和熔融沉积成型技术等,3D打印技术对细胞分布的可控性建模的自由选择性是应用于骨组织工程的强大优势。每种打印技术都有各自的优缺点,不同的环境温度、结构应力对生物材料的影响不同,应根据打印材料的选择选取合适的打印方法。
喷墨打印是最早被应用的打印技术,但打印精度不高、力学性能较差在仿生骨的生物活性材料中运用较局限。FDM技术操作简单、无用损耗少且成本低是目前最常用的生物3D打印技术。其将原材料加热呈熔溶态,喷头在计算机设计程序下将原料喷出,通过逐层累加的方式构建所需模型,但其温度较高,在打印过程中含药物载体和细胞中极易损伤变性,所以常先打印固态支架再在原支架上接种种子细胞进行二次培养的方法获得生物活性的载体。
Hong等将聚己内酯/聚乳酸复合材料通过FDM 技术在大鼠的骨缺损模型中得到成功的实验。SLA技术在骨组织工程中应用较早,其打印精度较高,材料可在纳米级进行操作,常使用聚己内酯、聚乳酸和特殊蛋白质等光敏材料,使用的亦是逐层打印技术,利用材料的光敏性用激光进行定点雕刻而固态成形。SLS技术与SLA相似,但取材广泛,不受光敏性的约束,像羟基磷灰石、PCL和明胶类蛋白均可采用,在骨和软骨构建中广泛实验和应用。
出自《骨髓间充质干细胞联合3D生物打印技术治疗骨缺损的研究进展》作者袁宇,徐林.
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