Блог

Aug 06, 2023

Усиленная регенерация костной ткани с помощью 3D

Научные отчеты, том 13,

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3139 (2023) Цитировать эту статью

3756 Доступов

4 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Механические и биологические свойства полимолочной кислоты (PLA) нуждаются в дальнейшем улучшении, чтобы ее можно было использовать в инженерии костной ткани (BTE). Используя технику экструзии материала, были успешно изготовлены трехмерные (3D) каркасы из PLA-Ti6Al4V (Ti64) с открытыми порами и взаимосвязанными каналами. Несмотря на то, что температура стеклования PLA увеличивалась с добавкой Ti64, температуры плавления и кристаллизации, а также термическая стабильность нитей несколько снижались. Однако добавление 3–6 мас.% Ti64 улучшило механические свойства PLA, увеличив предел прочности при сжатии и модуль сжатия PLA-3Ti64 до 49,9 МПа и 1,9 ГПа соответственно. Кроме того, оценка сыпучести показала, что все композитные нити соответствуют требованиям печати. В ходе плазменной обработки каркасов не только среднеквадратичное значение (Rq) PLA (1,8 нм) увеличилось до 60 нм, но и его контактный угол (90,4°) значительно уменьшился до (46,9°). FTIR-анализ подтвердил более высокую гидрофильность, поскольку кислородсодержащие группы стали более интенсивными. Благодаря выдающейся роли обработки плазмой, а также добавлению Ti64, наблюдалось заметное улучшение в прикреплении мезенхимальных стволовых клеток в желе Уортона, пролиферации (окрашивание 4',6-диамидино-2-фенилиндолом) и дифференцировке (щелочная фосфатаза и ализарин). Окраска Red S). Основываясь на этих результатах, оказывается, что изготовленные каркасы имеют потенциальное применение при заушных операциях.

Кости человека подвержены тяжелым заболеваниям и дефектам, таким как травмы, остеопороз и рак1. Для лечения этих заболеваний стало обычным явлением имплантировать в тело небиоразлагаемые металлические вещества, обычно на основе титана и нержавеющей стали2. Однако такой подход спровоцировал повторные операции по извлечению металла из тела, трату времени и материалов3. Использование заменителей кости в последнее время привлекло внимание многих экспертов для восстановления поврежденных костей без последствий, связанных с традиционными методами4. Это происходит главным образом потому, что эти биоразлагаемые материалы являются предпочтительными местами для роста и регенерации новой костной ткани различных типов клеток5. Однако важно отметить, что тип заменителя играет наиболее важную роль, поскольку он должен иметь те же характеристики, что и исходная кость. Эти жизненно важные характеристики включают надлежащую механическую стабильность, обеспечение прилегания, пролиферации и дифференцировки клеток, ответственных за регенерацию кости6. Большинство изготовленных заменителей кости основано на биосовместимых металлах и керамике, что указывает на достаточную прочность7. Однако некоторые недостатки ограничивают использование этих веществ в биологических приложениях. Одна из основных проблем заключается в том, что модуль большинства керамики и металлов значительно выше, чем у костей, что делает передачу нагрузки несбалансированной и вызывает резорбцию кости вследствие эффекта экранирования напряжений8,9. Кроме того, некоторые дефекты керамики снижают ее способность демонстрировать приемлемую прочность. Кроме того, вокруг металлических имплантатов во время магнитно-резонансной томографии (МРТ) и компьютерной томографии (КТ) появляются некоторые артефакты, что снижает точность результатов10. Поэтому поиск перспективного кандидата на биоматериал остается большой проблемой для исследователей.

В настоящее время биосовместимые полимеры, такие как полиэфирэфиркетон (PEEK), поликапролактон (PCL) и полимолочная кислота (PLA), демонстрируют высокий потенциал для использования в инженерии костной ткани (BTE) благодаря их биоразлагаемости, нетоксичности, неиммуногенности и противовоспалительные свойства 11. Среди широкого спектра полимерных соединений PLA, термопластичный алифатический полиэфир, был представлен как один из лучших кандидатов в инженерии твердых тканей. Этот экономически эффективный полимер обладает низкой температурой плавления и приемлемой биосовместимостью, что открывает возможности для использования в заушных слуховых аппаратах12. Несмотря на преимущества PLA, низкая биологическая активность и механические свойства считаются недостатками, которые следует устранить13.