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  天津大學(xué)劉文廣教授課題組、中科院先進(jìn)技術(shù)研究院的阮長順副研究員、香港大學(xué)李嘉誠醫(yī)學(xué)院的呂維加教授課題組日前在ACS Biomaterials Science & Engineering上發(fā)表了一篇介紹專用于支持骨細(xì)胞生長的3D打印材料的文章：3D-printed high strength bioactive supramolecular polymer/clay nanocomposite hydrogel scaffold for bone regeneration，論文的第一作者為翟欣昀博士。

  該聚(N-丙烯酰基甘氨酰胺)—粘土(PNAGA-Clay)納米復(fù)合水凝膠的研究首次將三維打印高強(qiáng)度水凝膠支架應(yīng)用于骨組織修復(fù)中。

  水凝膠廣泛用于組織再生，因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)與生物體內(nèi)天然的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）相似。其作用都是為周圍的活細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)。支撐結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)環(huán)境因組織類型而異，例如動脈需要管狀結(jié)構(gòu)，骨細(xì)胞則在多孔材料中繁殖得更好。

  凝膠中PNAGA側(cè)鏈雙酰胺多重氫鍵作用，賦予了該凝膠體系優(yōu)異的力學(xué)性能——打印出的支架可以被隨意彎折，甚至能承受汽車車體的碾壓且能迅速恢復(fù)原貌，承受高壓后的支架結(jié)構(gòu)保持良好。同時，該凝膠支架在PBS溶液中長期浸泡后，不會發(fā)生明顯溶脹且穩(wěn)定性良好，該特性對于三維打印水凝膠支架后形貌的保持至關(guān)重要。

  本研究通過利用3D打印的方式注入凝膠和粘土顆粒—一種與人骨自然相似的材料，用于治療不同程度的骨折。材料的基礎(chǔ)是氫鍵，通過紫外線反應(yīng)及可附著的分子，顯示出高度靈活的機(jī)械性能。研究人員通過添加不同量的粘土顆粒來控制材料的結(jié)構(gòu)和流動之間的平衡。

  打印體系中納米粘土作為物理交聯(lián)劑的引入在進(jìn)一步提高凝膠支架力學(xué)強(qiáng)度的同時，實(shí)現(xiàn)了常溫下先打印后聚合的易于操作的三維打印方法，且打印后的三維支架在光引發(fā)聚合前結(jié)構(gòu)保持良好，不會發(fā)生塌陷。更重要的是體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)均表明，納米粘土中含有的活性離子，可以促進(jìn)成骨細(xì)胞在支架上的增殖以及分化，并有效地促進(jìn)新生骨組織在缺損部位甚至支架內(nèi)部的生長。

  總而言之，氫鍵單體與各種生物活性無機(jī)納米粒子的3D打印將為用于治療精確和個體化修復(fù)骨缺損和退化構(gòu)建承載組織工程支架開辟新的途徑。

  原文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsbiomaterials.7b00224