骨再生支架：使用3D打印研究磷酸鈣結(jié)構(gòu)
時(shí)間：2020-04-16 09:01 來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng) 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
中國(guó)3D打印網(wǎng)4月16日訊，在加泰羅尼亞理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程的最終學(xué)位項(xiàng)目中，安東尼奧·莫利納·埃雷羅（Antonio Molina Herrero）解決了生物打印中骨再生的挑戰(zhàn)性課題。通過(guò)研究3D打印和各種材料形態(tài)，這位學(xué)生研究員在最近出版的“ 3D打印獲得的磷酸鈣結(jié)構(gòu)特征”中詳細(xì)介紹了他的發(fā)現(xiàn)。
在分析細(xì)絲的幾何形狀，結(jié)構(gòu)中的孔隙度以及表面和凹面之類的屬性時(shí)，Herrero使用顯微斷層掃描技術(shù)與其他圖像，計(jì)算和測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比較，最終使研究人員對(duì)噴嘴和印刷材料之間的偏差有了更多的了解，如何更好地使用磷酸鈣在組織工程中構(gòu)建骨骼再生的支架。在合成骨移植物中，基于磷酸鈣（CaPs）的骨移植已被廣泛研究。但是，它們不能充分促進(jìn)成骨作用。
相互連接的孔網(wǎng)絡(luò)可以使所有區(qū)域血管化，并在以后組織定植。已經(jīng)進(jìn)行了許多研究以尋找支架中的最佳孔徑[1]，但是結(jié)論尚不明確，有些研究與其他研究相矛盾。清楚的是，孔必須足夠大以允許血管化（50μm），但是如果孔大于特定大小（500μm），則支架將不再充當(dāng)支架。”埃雷羅（Herrero）強(qiáng)調(diào)了他發(fā)現(xiàn)研究支架的關(guān)鍵：孔的形狀。解釋了許多方法已經(jīng)用于CaP多孔結(jié)構(gòu)，例如制粒，發(fā)泡，浸出和冷凍干燥，隨著直接墨水書寫（DIW）的出現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)具有更大的成功潛力；然而，體內(nèi)測(cè)試和進(jìn)一步表征仍然面臨挑戰(zhàn)。
定制模塊化噴嘴設(shè)計(jì)的示意圖。紅色：噴嘴的頂部帶有頂部的“魯爾鎖”標(biāo)準(zhǔn)連接器。灰色：噴嘴的下部。不可擰入以適合自定義磁盤。綠松石色：具有多種中心孔設(shè)計(jì)的盤。
“可以通過(guò)先進(jìn)的成像技術(shù)，例如微型計(jì)算機(jī)斷層掃描（Micro-CT）和掃描電子顯微鏡（SEM），研究這些3D結(jié)構(gòu)的復(fù)雜且呈波紋狀的形狀。同時(shí)提取這些圖像的定量信息的圖像處理是有前途和挑戰(zhàn)性的。這些工具由于其即時(shí)性和可靠性而越來(lái)越多地被使用。有了它們，就可以研究三維結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)特性，并為組織工程的新型支架形狀的設(shè)計(jì)和表征提供令人感興趣的形態(tài)學(xué)和結(jié)構(gòu)信息。”準(zhǔn)備并檢查樣品，并比較圖像和計(jì)算結(jié)果。
模式1圖像分割過(guò)程：A）原始原始圖像，B）用Ilastik分割的圖像和C）斐濟(jì)降噪后的圖像。 300μm比例尺
模式2在（A）之前和之后（B）應(yīng)用VOI裁剪。
評(píng)估了四種技術(shù)：
.電腦
.圖像
.網(wǎng)格混合器
.手動(dòng)練習(xí)
評(píng)價(jià)了五個(gè)樣品模式并從對(duì)照編號(hào)到1-5編號(hào)。
SEM噴嘴圖像；右：Micro-CT的腳手架矢狀視圖。
“在孔隙率結(jié)果中，支架之間沒有太大差異。這是因?yàn)槟_手架是在預(yù)設(shè)條件下印刷的，因此它們將具有相同的孔隙率，并且能夠比較它們之間的樣品（250μm）。孔徑分布結(jié)果是一個(gè)很好的指示。圖中的峰代表規(guī)律性和良好的打印質(zhì)量。” Herrero總結(jié)道。在比表面積中，系數(shù)最高的圖案為5，而對(duì)照組最低。由于控制部分是圓形，所以這些結(jié)果是連貫的，因此它具有最小的表面/面積系數(shù)和圖案5；盡管細(xì)小，但重復(fù)非常頻繁，導(dǎo)致所有細(xì)絲的總和比其他圖案具有更大的表面。此外，MeshMixer方法與其他方法相比有太多誤差，這可能是由于插件3D Viewer如何在進(jìn)行網(wǎng)格劃分之前，從Micro-CT支架進(jìn)行網(wǎng)格劃分過(guò)程，但是，需要進(jìn)行更多試驗(yàn)才能確保這一假設(shè)。”
孔隙率百分比。用不同字母表示的統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異（p = 0.05）
在分析細(xì)絲的幾何形狀，結(jié)構(gòu)中的孔隙度以及表面和凹面之類的屬性時(shí)，Herrero使用顯微斷層掃描技術(shù)與其他圖像，計(jì)算和測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比較，最終使研究人員對(duì)噴嘴和印刷材料之間的偏差有了更多的了解，如何更好地使用磷酸鈣在組織工程中構(gòu)建骨骼再生的支架。在合成骨移植物中，基于磷酸鈣（CaPs）的骨移植已被廣泛研究。但是，它們不能充分促進(jìn)成骨作用。
相互連接的孔網(wǎng)絡(luò)可以使所有區(qū)域血管化，并在以后組織定植。已經(jīng)進(jìn)行了許多研究以尋找支架中的最佳孔徑[1]，但是結(jié)論尚不明確，有些研究與其他研究相矛盾。清楚的是，孔必須足夠大以允許血管化（50μm），但是如果孔大于特定大小（500μm），則支架將不再充當(dāng)支架。”埃雷羅（Herrero）強(qiáng)調(diào)了他發(fā)現(xiàn)研究支架的關(guān)鍵：孔的形狀。解釋了許多方法已經(jīng)用于CaP多孔結(jié)構(gòu)，例如制粒，發(fā)泡，浸出和冷凍干燥，隨著直接墨水書寫（DIW）的出現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)具有更大的成功潛力；然而，體內(nèi)測(cè)試和進(jìn)一步表征仍然面臨挑戰(zhàn)。
定制模塊化噴嘴設(shè)計(jì)的示意圖。紅色：噴嘴的頂部帶有頂部的“魯爾鎖”標(biāo)準(zhǔn)連接器。灰色：噴嘴的下部。不可擰入以適合自定義磁盤。綠松石色：具有多種中心孔設(shè)計(jì)的盤。
“可以通過(guò)先進(jìn)的成像技術(shù)，例如微型計(jì)算機(jī)斷層掃描（Micro-CT）和掃描電子顯微鏡（SEM），研究這些3D結(jié)構(gòu)的復(fù)雜且呈波紋狀的形狀。同時(shí)提取這些圖像的定量信息的圖像處理是有前途和挑戰(zhàn)性的。這些工具由于其即時(shí)性和可靠性而越來(lái)越多地被使用。有了它們，就可以研究三維結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)特性，并為組織工程的新型支架形狀的設(shè)計(jì)和表征提供令人感興趣的形態(tài)學(xué)和結(jié)構(gòu)信息。”準(zhǔn)備并檢查樣品，并比較圖像和計(jì)算結(jié)果。
模式1圖像分割過(guò)程：A）原始原始圖像，B）用Ilastik分割的圖像和C）斐濟(jì)降噪后的圖像。 300μm比例尺
模式2在（A）之前和之后（B）應(yīng)用VOI裁剪。
評(píng)估了四種技術(shù)：
.電腦
.圖像
.網(wǎng)格混合器
.手動(dòng)練習(xí)
評(píng)價(jià)了五個(gè)樣品模式并從對(duì)照編號(hào)到1-5編號(hào)。
SEM噴嘴圖像；右：Micro-CT的腳手架矢狀視圖。
“在孔隙率結(jié)果中，支架之間沒有太大差異。這是因?yàn)槟_手架是在預(yù)設(shè)條件下印刷的，因此它們將具有相同的孔隙率，并且能夠比較它們之間的樣品（250μm）。孔徑分布結(jié)果是一個(gè)很好的指示。圖中的峰代表規(guī)律性和良好的打印質(zhì)量。” Herrero總結(jié)道。在比表面積中，系數(shù)最高的圖案為5，而對(duì)照組最低。由于控制部分是圓形，所以這些結(jié)果是連貫的，因此它具有最小的表面/面積系數(shù)和圖案5；盡管細(xì)小，但重復(fù)非常頻繁，導(dǎo)致所有細(xì)絲的總和比其他圖案具有更大的表面。此外，MeshMixer方法與其他方法相比有太多誤差，這可能是由于插件3D Viewer如何在進(jìn)行網(wǎng)格劃分之前，從Micro-CT支架進(jìn)行網(wǎng)格劃分過(guò)程，但是，需要進(jìn)行更多試驗(yàn)才能確保這一假設(shè)。”
孔隙率百分比。用不同字母表示的統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異（p = 0.05）
孔徑分布。
中國(guó)3D打印網(wǎng)點(diǎn)評(píng)： 骨骼再生支架的研究正在進(jìn)行中，并參與了一系列項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)，這些研究和實(shí)驗(yàn)使用了PLA，涂層納米纖維和具有抗菌特性的生物印染等材料。
(責(zé)任編輯：admin)
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