Regemat 3D生物打印神經(jīng)組織工程材料的性能評(píng)估實(shí)驗(yàn)步驟

神經(jīng)組織工程（Neural tissue engineering ，NTE）是近些年新興的一門學(xué)科，主要研究神經(jīng)系統(tǒng)的修復(fù)和再生，其重要應(yīng)用為構(gòu)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(xì)胞生長(zhǎng)、粘附和分化環(huán)境，并促進(jìn)神經(jīng)組織功能的改善和修復(fù)。因此，研究人員需要開發(fā)并選擇理想的、能夠用于這類支架的神經(jīng)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(nèi)酯（PCL），F(xiàn)ilaflex（FF）、Flexdym（FD）和明膠甲基丙烯酸酯水凝膠（GelMA），憑借其優(yōu)秀的生物組織相容性、機(jī)械性能，均有望應(yīng)用于NTE中。

 

西班牙格拉納達(dá)大學(xué)組織工程系一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)于今年在《 Polymers 》雜質(zhì)發(fā)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(jī)械性能、體外細(xì)胞與材料相互作用分析以及體內(nèi)組織相容性四個(gè)角度，系統(tǒng)地比較了上述五種聚合物材料在NTE應(yīng)用方面的優(yōu)劣性，為將來(lái)相關(guān)生物材料開發(fā)提供了新的依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)流程：

采購(gòu)即用型PLA、PCL， FF、FD長(zhǎng)纖維，制備GelMA水凝膠溶液。

使用西班牙Regemat 3D公司的REG4Life生物3D打印機(jī)，將步驟1中的材料，打印成預(yù)先設(shè)計(jì)的4種不同類型的3D結(jié)構(gòu)，用于后續(xù)測(cè)試（圖1）。

圖1 待檢測(cè)的3D支架和實(shí)驗(yàn)方案：使用REG4Life生物3D打印機(jī)制備4種不同結(jié)構(gòu)的3D聚合物支架，分別用于印刷性測(cè)試、機(jī)械測(cè)試、體外細(xì)胞-生物材料相互作用分析和體內(nèi)組織相容性實(shí)驗(yàn)

 

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，從4個(gè)方面驗(yàn)證不同聚合物材料打印的3D生物支架性能（圖1）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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(dǎo)致打印的孔徑比預(yù)先設(shè)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

 

拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所有材料都滿足NTE需求，不過(guò)在具體參數(shù)中各有優(yōu)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，F(xiàn)D的材料更柔軟，而PLA材料的形變能力最差。

通過(guò)比對(duì)生物材料和細(xì)胞體外共培養(yǎng)72h和7d后的細(xì)胞存活率等指標(biāo)，作者發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞培養(yǎng)72小時(shí)和7天后，接種PCL、FF和FD支架的細(xì)胞顯代謝活性示出明顯高于接種PLA和GelMA的細(xì)胞（p < 0.05），但活細(xì)胞的比例并沒有顯著性差異。

生物材料皮下植入成年大鼠體內(nèi)，10天后評(píng)估免疫原性反應(yīng)。免疫組化結(jié)果證實(shí)了生物材料周圍的局部宿主炎癥反應(yīng)，但沒有核浸潤(rùn)或存在漿細(xì)胞介導(dǎo)的反應(yīng)。 

結(jié)論：

受限于實(shí)驗(yàn)周期等因素，對(duì)于生物降解等指標(biāo)還需進(jìn)一步研究，但無(wú)論是機(jī)械性能還是細(xì)胞-生物材料組織相容性，REG4Life生物3D打印機(jī)所打印的4種生物材料都可以應(yīng)用在NTE中，對(duì)NTE材料的開發(fā)具有很好的借鑒意義。

更多資訊請(qǐng)?jiān)L問文獻(xiàn)全文鏈接：https:// doi.org/10.3390/polym16101426

 

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