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Regemat 3D生物打印神經組織工程材料的性能評估實驗步驟

瀏覽次數:875 發布日期:2024-7-2  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
神經組織工程(Neural tissue engineering ,NTE)是近些年新興的一門學科,主要研究神經系統的修復和再生,其重要應用為構建具有良好組織相容性的仿生三維支架。這種支架能夠提供細胞生長、粘附和分化環境,并促進神經組織功能的改善和修復。因此,研究人員需要開發并選擇理想的、能夠用于這類支架的神經組織工程材料。

目前,天然或人工生物聚合材料,如聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL),Filaflex(FF)、Flexdym(FD)和明膠甲基丙烯酸酯水凝膠(GelMA),憑借其優秀的生物組織相容性、機械性能,均有望應用于NTE中。
 

西班牙格拉納達大學組織工程系一個研究團隊于今年在《 Polymers 》雜質發表了一篇名為《Comparison of Printable Biomaterials for Use in Neural Tissue Engineering: An In Vitro Characterization and In Vivo Biocompatibility Assessment》的文章。在該文章中,作者從打印性、機械性能、體外細胞與材料相互作用分析以及體內組織相容性四個角度,系統地比較了上述五種聚合物材料在NTE應用方面的優劣性,為將來相關生物材料開發提供了新的依據。

實驗流程:
  • 1. 生物材料制備
采購即用型PLA、PCL, FF、FD長纖維,制備GelMA水凝膠溶液。
  • 2. 打印3D生物支架
使用西班牙Regemat 3D公司的REG4Life生物3D打印機,將步驟1中的材料,打印成預先設計的4種不同類型的3D結構,用于后續測試(圖1)。

圖1 待檢測的3D支架和實驗方案:使用REG4Life生物3D打印機制備4種不同結構的3D聚合物支架,分別用于印刷性測試、機械測試、體外細胞-生物材料相互作用分析和體內組織相容性實驗
 
  • 3. 系統測試
根據實驗方案,從4個方面驗證不同聚合物材料打印的3D生物支架性能(圖1)。

實驗結果
  • 1. 打印性
這五種生物材料都具有很好的打印效果,相比之下,PLA、FF和FD支架比PCL有更高的保真度和分辨率。而GelMA由于膨脹,導致打印的孔徑比預先設定的值小(圖2)。

圖2 a) PLA、(b) PCL、(c) FF、(d) FD 和 (e) GelMA 的打印效果圖
 
  • 2. 機械性能
拉伸實驗結果表明,所有材料都滿足NTE需求,不過在具體參數中各有優劣。在剛度方面,PLA較硬(325.89±30.33 MPa),而FD和GelMA較軟(分別為0.41±0.02 MPa和0.09±0.02 MPa)。在形變能力方面,FD的材料更柔軟,而PLA材料的形變能力最差。
  • 3. 體外細胞-生物材料相互作用分析
通過比對生物材料和細胞體外共培養72h和7d后的細胞存活率等指標,作者發現在細胞培養72小時和7天后,接種PCL、FF和FD支架的細胞顯代謝活性示出明顯高于接種PLA和GelMA的細胞(p < 0.05),但活細胞的比例并沒有顯著性差異。
  • 4. 生物相容性實驗
生物材料皮下植入成年大鼠體內,10天后評估免疫原性反應。免疫組化結果證實了生物材料周圍的局部宿主炎癥反應,但沒有核浸潤或存在漿細胞介導的反應。 

結論:

受限于實驗周期等因素,對于生物降解等指標還需進一步研究,但無論是機械性能還是細胞-生物材料組織相容性,REG4Life生物3D打印機所打印的4種生物材料都可以應用在NTE中,對NTE材料的開發具有很好的借鑒意義。

更多資訊請訪問文獻全文鏈接:https:// doi.org/10.3390/polym16101426


 
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