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曼大李加深团队 Int. J. Biol. Macromol.:面向骨组织修复的3D聚乳酸多孔纤维海绵
2024-04-23  来源:高分子科技

  大面积骨缺损通常是由创伤和疾病引起的,骨组织修复一直是临床面对的重大挑战之一。与自然细胞外基质形态和结构相似的静电纺丝纤维支架在骨组织工程中备受关注。但是,由于其自身内在的缺陷,传统的静电纺丝纳米纤维膜纤维之间的空隙一般来说都相当致密,其孔径太小从而限制了细胞的渗透和三维组织的再生这些缺陷也一定程度上限制了静电纺丝在骨组织工程领域的应用。因此曼彻斯特大学李加深团队通过结合静电纺丝,选择性溶解和控制成孔技术,设计了一种全新的策略用来制备具有可控宏观孔隙结构的三维聚乳酸/聚己内酯海绵状支架。


图一:聚乳酸/聚己内酯三维多孔海绵状支架的制造。


  图一为三维支架的制作过程。首先通过静电纺丝技术制作聚乳酸/聚己内酯共混纳米纤维膜,然后将纤维膜剪碎,添加生物玻璃颗粒后,通过高速分散制备聚乳酸/聚己内酯短纤维的丙酮悬浊液。之后在悬浊液内添加一定量的石蜡微球作为成孔剂。而后通过模具定形,并在干燥后用己烷去石蜡微球,即可得到三维多孔海绵支架。图二展示了三维支架的CT图像。通过图片可以看到,三维支架具有高度多孔结构,且具有良好的孔隙互连性,孔径大小控制在约200400微米之间,与石蜡微球的大小相一致,这些有助于细胞增殖、细胞浸润、细胞外基质沉积和组织形成。 


图二:三维支架的CT图像。


 图三:三维支架的微观结构,亲水性,力学性能以,生物相容性以及HE染色切片。


  图三展示了三维支架的表征结果1、通过选择性溶解技术,我们成功地改变了电纺丝纤维的微观结构,使得纤维之间出现了明显的粘连。这种粘连是由于在高速分散过程中,部分聚己内酯溶解在丙酮中,然后在三维支架成型干燥后,残余的聚己内酯作为粘合剂将电纺丝纤维牢固地粘结在一起。这种方法使得最终的三维支架结构更加稳定。 2、由于最终的支架成海绵状,并且由于添加了生物玻璃,这种多孔结构的海绵拥有优良的亲水性,初始水接触角降至79.7°并且它能够在2秒内完全吸收水滴。3、通过添加生物玻璃颗粒显著提高了多孔结构的力学性能。带有生物玻璃颗粒海绵的压缩应力是普通海绵的两倍多。4、三维海绵状支架展现了良好的生物相容性。更关键的是,百微米级高度连通的孔隙结构促进了细胞在支架内部的渗透、养料输送以及废物排放。


  本研究提供了一种全新的方法,可以制造可控宏观孔隙结构的三维海绵状骨支架此外,这种新方法改进了静电纺丝作为生物材料的使用形式,并为三维电纺丝支架的设计和制备提供了全新的思路


  该项研究以“3D Poly (L-lactic acid) fibrous sponge with interconnected porous structure for bone tissue scaffold”为题在国际学术期刊International Journal of Biological Macromolecules上发表。论文的第一作者是曼彻斯特大学博士研究生孟琛,通讯作者是曼彻斯特大学李加深博士。


  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141813024024930

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(责任编辑:xu)
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