路易斯安那理工大學：3D打印埃洛石納米管可改善骨骼再生方法
時間：2020-03-26 09:00 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網3月26日訊，羅陽洋最近向路易斯安那理工大學提交了一篇論文，“埃洛石納米管在骨病修復和骨再生中的應用”。 Luo著眼于一個充滿挑戰的領域，著眼于通過定制的患者治療方法來鼓勵骨再生的新方法。Luo匯集了在最近幾年為需要幫助的患者提供成功的兩個研究和治療領域，將針對性的藥物遞送和3D打印結合到了針對患者的特定治療之上。依靠鋁硅酸鹽粘土（Al2Si2O5（OH）4nH2O）的埃洛石，由于生物相容性和熱穩定性，Luo選擇了用這種材料制成的納米管（HNT）。
埃洛石納米管結構。由二氧化硅和氧化鋁層結合而成的管狀結構。
HNT已被用于組織工程和藥物輸送等應用，因為它們可以攜帶可能敏感甚至有毒的藥物。與傳統的藥物遞送方式相比，此類藥物的釋放指數時間更長。實際上，HNT的釋放時間可能會延長30至100倍。它們還可以與其他化學物質（例如維生素）整合，并且作者指出，它們以前也已經與殼聚糖-明膠-瓊脂糖水凝膠等結構結合（體外和體內）。
HNT價格低廉，對環境友好，并提供“充足的儲存空間”。在本研究中，Luo用它們提供了治療骨髓炎，骨肉瘤和骨質疏松癥的藥物。由于聚陽離子性質和抗生素釋放的潛力，殼聚糖被選作細胞生長支架的培養基，慶大霉素被用作模型藥物。樣品中同時使用了大腸桿菌（E. coli）和金黃色葡萄球菌（S. aureus），同時評估了抑制細菌生長的潛力。
在CS和CS / HNT上培養的細胞的活/死分析。與對照相比，在涂膜板上觀察到活細胞（綠色），但是與對照板相比，死細胞（紅色）的數量增加了，但數量卻很少。這表明細胞可以在CS和CS / HNTs底物上粘附并增殖。然而，細胞形態受到底物的表面特征和理化性質的影響。
總體而言，Luo總結說，將HNTs與34個殼聚糖水凝膠樣品結合后，機械性能得到了改善，藥物釋放對于減少細菌的生長量是合適且有效的。“我們的摻雜粘土/殼聚糖納米復合材料可以通過單獨或協同提供藥物或藥物的持續釋放，或提供一系列藥物或藥物/生長因子組合來克服傳統抗菌水凝膠的局限性。” Luo解釋說。
水凝膠表面的SEM圖像由5％的殼聚糖組成，并以不同的比例（1％到5％）與HNT結合。右上角的圖片是所選區域的放大圖片。
在這項研究中，分析了四種不同的成分：
.PLA
.PLA + HNT
.PLA + HNTs /鋅
.PLA + HNTs / Zn +慶大霉素
“為了通過3D打印機打印它們，將以上所有材料制成細絲。通過Noztek在175°C擠出PLA，得到直徑為1.75±0.05mm的長絲。為了使HNT在PLA中的分布均勻，將10 µl硅油添加到20g PLA中并渦旋10分鐘，然后添加1.2g HNTs并繼續渦旋10分鐘，” Luo解釋說。
易于合成和表征在埃洛石納米管上生長的ZnO納米顆粒，可增強光催化性能。
3D打印結構的CAD圖。
樣品在ENDER 3D打印機上以直徑為0.6mm的圓盤形狀打印。
三種涂層策略可將細胞粘附在PLA上。第一列是光明時期。第二列是DAPI濾鏡下的熒光圖片，代表細胞核。第三列是FTIC濾光片下的熒光圖，代表了肌動蛋白纖維。據中國3D打印網了解，FBS + NaOH + FBS的表面改性有助于改善PLA的親水性，并為細胞提供“友好而誘人的表面”。分析表明，經過三周的潛伏期后，早期的骨骼形成已經開始。即使慶大霉素涂層在早期影響細胞生長，細胞仍會從其感染中恢復過來，并在第三周表現出強大的成骨作用，此外，在儲存三周后，它仍然有效地限制了細菌的生長。
埃洛石納米管結構。由二氧化硅和氧化鋁層結合而成的管狀結構。
HNT已被用于組織工程和藥物輸送等應用，因為它們可以攜帶可能敏感甚至有毒的藥物。與傳統的藥物遞送方式相比，此類藥物的釋放指數時間更長。實際上，HNT的釋放時間可能會延長30至100倍。它們還可以與其他化學物質（例如維生素）整合，并且作者指出，它們以前也已經與殼聚糖-明膠-瓊脂糖水凝膠等結構結合（體外和體內）。
HNT價格低廉，對環境友好，并提供“充足的儲存空間”。在本研究中，Luo用它們提供了治療骨髓炎，骨肉瘤和骨質疏松癥的藥物。由于聚陽離子性質和抗生素釋放的潛力，殼聚糖被選作細胞生長支架的培養基，慶大霉素被用作模型藥物。樣品中同時使用了大腸桿菌（E. coli）和金黃色葡萄球菌（S. aureus），同時評估了抑制細菌生長的潛力。
在CS和CS / HNT上培養的細胞的活/死分析。與對照相比，在涂膜板上觀察到活細胞（綠色），但是與對照板相比，死細胞（紅色）的數量增加了，但數量卻很少。這表明細胞可以在CS和CS / HNTs底物上粘附并增殖。然而，細胞形態受到底物的表面特征和理化性質的影響。
總體而言，Luo總結說，將HNTs與34個殼聚糖水凝膠樣品結合后，機械性能得到了改善，藥物釋放對于減少細菌的生長量是合適且有效的。“我們的摻雜粘土/殼聚糖納米復合材料可以通過單獨或協同提供藥物或藥物的持續釋放，或提供一系列藥物或藥物/生長因子組合來克服傳統抗菌水凝膠的局限性。” Luo解釋說。
水凝膠表面的SEM圖像由5％的殼聚糖組成，并以不同的比例（1％到5％）與HNT結合。右上角的圖片是所選區域的放大圖片。
在這項研究中，分析了四種不同的成分：
.PLA
.PLA + HNT
.PLA + HNTs /鋅
.PLA + HNTs / Zn +慶大霉素
“為了通過3D打印機打印它們，將以上所有材料制成細絲。通過Noztek在175°C擠出PLA，得到直徑為1.75±0.05mm的長絲。為了使HNT在PLA中的分布均勻，將10 µl硅油添加到20g PLA中并渦旋10分鐘，然后添加1.2g HNTs并繼續渦旋10分鐘，” Luo解釋說。
易于合成和表征在埃洛石納米管上生長的ZnO納米顆粒，可增強光催化性能。
3D打印結構的CAD圖。
樣品在ENDER 3D打印機上以直徑為0.6mm的圓盤形狀打印。
三種涂層策略可將細胞粘附在PLA上。第一列是光明時期。第二列是DAPI濾鏡下的熒光圖片，代表細胞核。第三列是FTIC濾光片下的熒光圖，代表了肌動蛋白纖維。據中國3D打印網了解，FBS + NaOH + FBS的表面改性有助于改善PLA的親水性，并為細胞提供“友好而誘人的表面”。分析表明，經過三周的潛伏期后，早期的骨骼形成已經開始。即使慶大霉素涂層在早期影響細胞生長，細胞仍會從其感染中恢復過來，并在第三周表現出強大的成骨作用，此外，在儲存三周后，它仍然有效地限制了細菌的生長。
在存在HNT的情況下，成骨前細胞合成了I型膠原基質和骨鈣素分泌的早期形成。 慶大霉素涂層也沒有明顯抑制細胞生長。 慶大霉素包被的支架在第21天時顯示出與對照組相比更高的細胞增殖能力，且與對照組相當。出乎意料的是，成骨細胞前體在慶大霉素的存在下表現出強烈的成骨反應。 因此，慶大霉素涂層的PLA / HNTs支架不僅可以防止細菌污染，而且可以促進骨骼再生。
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如今，研究人員正在使用許多不同類型的材料，試圖尋找更好的方法來為世界各地的患者再生骨骼，從使用羥基磷灰石結構到多孔金屬生物材料，各種不同的涂層支架等等。
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