三维(3D)打印技术由于能够高精度和高速度地构建复杂的生物结构,在生物医学领域得到了广泛的关注。然而,复杂支架的微创植入仍然是一个挑战。体外打印成型的3D支架在移植到目标组织的过程中往往需要开创手术,从而造成一定的组织损伤。随着微创手术技术在临床的普及,以更小的体积通过微创技术递送3D打印支架,并在目标组织中响应生理微环境自动变形恢复三维结构,将更有利于临床应用。四维(4D)打印技术为微创手术提供了新的可能性,同时又不会牺牲复杂的结构。但4D打印结构的可逆形状变形通常是从二维到三维的单维度变形,使得打印结构难以通过狭窄的手术导管。此外,打印结构在体内发生水响应形变后不可避免地会出现力学损失,不适于高湿度环境下的生物医学应用。
图1 DTPU支架的刺激响应与遇水硬化机理、及其经导管递送后体内多维度变形过程。
【DIPU遇水硬化机制】
图2 DTPU遇水硬化展示与机理。
【体温触发形状记忆和水响应可编程变形】
图3 DTPU体温触发形状记忆和水响应可编程变形。
【多材料4D打印支架的可编程变形及应用概念验证】
总结:研究开发了适用于多材料4D打印的两亲性动态热固性聚氨酯,结合形状记忆、可编程变形和遇水硬化特性,通过多材料打印和多维度变形实现打印支架的微创递送。体外和体内实验展示了打印结构从2D固定为1D临时形状,能够在体温和体液刺激下从1D形状转变为3D形状,用于组织损伤替代与支撑。通过整合多内源刺激响应和微创植入,为3D打印支架的微创递送提供了一种策略,展示了在生物医学应用中的潜力。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-45938-0
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