路易斯安那理工大学：3D打印埃洛石纳米管可改善骨骼再生方法

时间：2020-03-26 09:00 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网3月26日讯，罗阳洋最近向路易斯安那理工大学提交了一篇论文，“埃洛石纳米管在骨病修复和骨再生中的应用”。 Luo着眼于一个充满挑战的领域，着眼于通过定制的患者治疗方法来鼓励骨再生的新方法。Luo汇集了在最近几年为需要帮助的患者提供成功的两个研究和治疗领域，将针对性的药物递送和3D打印结合到了针对患者的特定治疗之上。依靠铝硅酸盐粘土（Al2Si2O5（OH）4nH2O）的埃洛石，由于生物相容性和热稳定性，Luo选择了用这种材料制成的纳米管（HNT）。

埃洛石纳米管结构。由二氧化硅和氧化铝层结合而成的管状结构。
HNT已被用于组织工程和药物输送等应用，因为它们可以携带可能敏感甚至有毒的药物。与传统的药物递送方式相比，此类药物的释放指数时间更长。实际上，HNT的释放时间可能会延长30至100倍。它们还可以与其他化学物质（例如维生素）整合，并且作者指出，它们以前也已经与壳聚糖-明胶-琼脂糖水凝胶等结构结合（体外和体内）。
HNT价格低廉，对环境友好，并提供“充足的储存空间”。在本研究中，Luo用它们提供了治疗骨髓炎，骨肉瘤和骨质疏松症的药物。由于聚阳离子性质和抗生素释放的潜力，壳聚糖被选作细胞生长支架的培养基，庆大霉素被用作模型药物。样品中同时使用了大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus），同时评估了抑制细菌生长的潜力。

在CS和CS / HNT上培养的细胞的活/死分析。与对照相比，在涂膜板上观察到活细胞（绿色），但是与对照板相比，死细胞（红色）的数量增加了，但数量却很少。这表明细胞可以在CS和CS / HNTs底物上粘附并增殖。然而，细胞形态受到底物的表面特征和理化性质的影响。
总体而言，Luo总结说，将HNTs与34个壳聚糖水凝胶样品结合后，机械性能得到了改善，药物释放对于减少细菌的生长量是合适且有效的。“我们的掺杂粘土/壳聚糖纳米复合材料可以通过单独或协同提供药物或药物的持续释放，或提供一系列药物或药物/生长因子组合来克服传统抗菌水凝胶的局限性。” Luo解释说。

水凝胶表面的SEM图像由5％的壳聚糖组成，并以不同的比例（1％到5％）与HNT结合。右上角的图片是所选区域的放大图片。
在这项研究中，分析了四种不同的成分：
.PLA
.PLA + HNT
.PLA + HNTs /锌
.PLA + HNTs / Zn +庆大霉素
“为了通过3D打印机打印它们，将以上所有材料制成细丝。通过Noztek在175°C挤出PLA，得到直径为1.75±0.05mm的长丝。为了使HNT在PLA中的分布均匀，将10 µl硅油添加到20g PLA中并涡旋10分钟，然后添加1.2g HNTs并继续涡旋10分钟，” Luo解释说。

易于合成和表征在埃洛石纳米管上生长的ZnO纳米颗粒，可增强光催化性能。

3D打印结构的CAD图。
样品在ENDER 3D打印机上以直径为0.6mm的圆盘形状打印。

三种涂层策略可将细胞粘附在PLA上。第一列是光明时期。第二列是DAPI滤镜下的荧光图片，代表细胞核。第三列是FTIC滤光片下的荧光图，代表了肌动蛋白纤维。据中国3D打印网了解，FBS + NaOH + FBS的表面改性有助于改善PLA的亲水性，并为细胞提供“友好而诱人的表面”。分析表明，经过三周的潜伏期后，早期的骨骼形成已经开始。即使庆大霉素涂层在早期影响细胞生长，细胞仍会从其感染中恢复过来，并在第三周表现出强大的成骨作用，此外，在储存三周后，它仍然有效地限制了细菌的生长。

在存在HNT的情况下，成骨前细胞合成了I型胶原基质和骨钙素分泌的早期形成。庆大霉素涂层也没有明显抑制细胞生长。庆大霉素包被的支架在第21天时显示出与对照组相比更高的细胞增殖能力，且与对照组相当。出乎意料的是，成骨细胞前体在庆大霉素的存在下表现出强烈的成骨反应。因此，庆大霉素涂层的PLA / HNTs支架不仅可以防止细菌污染，而且可以促进骨骼再生。

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如今，研究人员正在使用许多不同类型的材料，试图寻找更好的方法来为世界各地的患者再生骨骼，从使用羟基磷灰石结构到多孔金属生物材料，各种不同的涂层支架等等。

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