Inom benvävnadsteknik (BTE), 3D-utskrift är en tillförlitlig och anpassningsbar metod som används för att reparera bendefekter genom att producera biomimetiska vävnadsställningar. I en nyligen publicerad studie publicerad på Vävnadsteknik Del A (Mary Ann Liebert, Inc), Qing Li och ett team av forskare konstruerade ett biomimetiskt substitut närmast den naturliga benstrukturen och sammansättningen för bentransplantation. För detta arbete, de använde två olika typer av hydroxiapatit (HA) material:nanohydroxyapatit (nHA) och deproteiniserat nötkreaturben (DBB) dispergerat i kollagen (CoL) för att förbereda ett biofärg och konstruera kompositer av nHA/CoL och DBB/CoL som 3-D tryckta ställningar.

Den estetiska rekonstruktionen av funktionellt alveolärt ben är utmanande efter benförlust på grund av trauma, inflammation och operation. Materialforskare kan kombinera vävnadsteknik och biomaterial för att främja alveolär benregenerering; ett allt mer populärt tema inom regenerativ medicin. Det senaste decenniet har sett betydande framsteg inom 3D-utskriftsteknologi för skräddarsydd benfelreparation med framgångsrik klinisk översättning med metalllaserskrivare. Fördelarna med 3D-utskrift inkluderar till stor del låg risk för komplikationer, kort driftstid och bra gjutning under operationen. De biologiskt nedbrytbara egenskaperna hos material kan styra benregenerering in situ. Bland de tillgängliga teknikerna, lågtemperatur 3D-biotryck (LT-3DP) är optimalt för rekonstruktion av alveolärt ben, eftersom det kan generera en specifik 3D-plan för patientens bendefekter för rekonstruktion.

LT-3DP-systemet kan konstruera flera polymer-mineralkompositer med förbättrade materialegenskaper. De resulterande 3-D porösa ställningarna kan efterlikna benarkitektur för konduktiva cell-matrisinteraktioner och möjliggöra effektiv blodkärlstillväxt för avancerad BTE. Polymermaterialet nHA som valts ut i studien är en bra kandidat att ersätta naturligt ben, på grund av dess höga osteokonduktiva aktivitet. Det naturliga DBB är ett alternativt xenogent benmaterial, morfologiskt och strukturellt liknar humant cancellöst ben. I föreliggande studie, Li et al. lyckades replikera ett tidigare upprättat protokoll för DBB -förberedelse. Kollagen av typ I (CoL-1) är det mest förekommande strukturella proteinet i människokroppen och var därför bäst lämpad för att generera sammansatta polymerer i den föreslagna experimentella uppställningen för konstruktioner med förbättrade biomekaniska egenskaper.

Li et al. förberett och kategoriserat biofärgerna till tre grupper som CoL, nHA/CoL och DBB/CoL i studien. För att konstruera de sammansatta ställningarna, forskarna använde 3D-bioplotter (EnvisionTEC, Tyskland). Efter att ha skrivit ut 3D-ställningen, de konstruerade en nätliknande mikroarkitektur med porbredder på 600 µm. Den inre bikakemikrostrukturen representerade typiska egenskaper hos cancellöst ben. Materialforskarna testade först de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos de två materialkompositställningarna (nHA/CoL och DBB/CoL), följt av deras biokompatibilitet och osteogena inverkan på benmärgsstamcellsdifferentiering (human BMSC) under cell-materialinteraktioner.

Forskarna använde standardmetoder för materialkarakterisering, såsom röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), Röntgenpulverdiffraktion (XRD) och Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR) för att förstå konsistensen hos de två kompositerna, liksom deras mångfald i förhållande till kemiska bindningar och kristallfaser. De använde skanningselektronmikroskopi (SEM) för att få avbildningsresultat, som visade olika ytmorfologier för HA -kristallerna och ställningarna som faktorer som påverkar produktens inre porösa struktur. Specifikt, Youngs modul för nHA/CoL -gruppen (7,9 ± 0,3 MPa) var högre än både CoL -gruppen (3,5 ± 0,4 MPa) och DBB/CoL -gruppen (4,5 ± 0,7 MPa), indikerar högre styvhet för nHA/CoL -kompositställningar.

För studier av biofunktionalisering, Li et al. visade att de två sammansatta ställningarna lika stödde cellproliferation via immunfluorescensfärgning. För detta, de använde fluorescensmärkta antikroppar för att färga och mikroskopiskt identifiera hBMSCs-tillväxt på 3D-tryckta ytstrukturer. Under cellodling, forskarna använde ett osteogent induktionsmedium (OM) och spridningsmedium (PM). Den alkaliska fosfatas (ALP) färgningsmetod som används för att bestämma stamcellsdifferentiering, indikerade uttrycket av ALP i OM -gruppen, men inte i PM -gruppen.

Forskarna genomförde realtidspolymeraskedjereaktion (RT-PCR) efter att ha extraherat totalt RNA från stamcellerna (hBMSC). Resultaten visade uttrycksnivåerna för de osteogenesrelaterade generna av intresse som undersöktes i studien. I jämförelse med PM -grupperna, generna relaterade till tidig och sen osteogen differentiering; Runtrelaterad transkriptionsfaktor RUNX2 , SRY -relaterad HMG -boxgen 9 SOX9 , osteokalcin OCN och CoL1A1 i OM -gruppen ökade signifikant efter 7 dagar. På det här sättet, forskarna visade osteogenes och ökade effekter av extracellulär matrisbildning för hBMSC odlade på de bioplottade 3D-ställningarna för att bekräfta ytkompatibilitet.

Li et al. visade att de fysikalisk-kemiska och biologiska egenskaperna hos 3D-biotryckta ställningar som innehåller nHA/CoL eller DBB/CoL var väl lämpade som benersättningsmaterial (BSM) vid benvävnadsteknik (BTE). Möjligheten att enkelt skriva ut 3D-anpassningsbara ställningar kan ha potential för translationell forskning från bänken till prekliniska studier och till kliniken i framtiden.

© 2019 Science X Network