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上海硅酸盐所在3D打印生物医用材料取得系列重要研究进展
2018-09-27 15:11:11 | 【 【打印】【关闭】

  目前骨肿瘤较常用的临床治疗方法有手术治疗、放射治疗和化学治疗。传统的放疗与化疗都具有较大的副作用,手术治疗通常会有骨肿瘤细胞残余且造成大块的骨缺损。如何制备出兼具治疗骨肿瘤和修复骨缺损的生物材料是一项很大的挑战。近期,中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员与常江研究员带领的研究小组首次提出将骨组织工程与光热治疗相结合的思想,在制备用于治疗与修复骨肿瘤缺损的光热功能化的生物活性陶瓷支架的研究中取得了重要进展。该研究通过3D打印技术制备出生物陶瓷与氧化石墨烯复合支架 (见图1),在超低功率近红外光下可使支架温度迅速升高,且其光热性能可控。在体外骨肿瘤细胞杀伤率达到90% (见图2)。在小鼠体内植入该功能化的支架并进行光照后,有效地抑制了裸鼠皮下肿瘤生长,而对照组肿瘤体积随天数持续增大(见图3)。同时,该支架还能显著促进骨间充质干细胞的增殖与成骨分化,并诱导体内新生骨组织的长入,从而赋予了3D打印生物陶瓷支架抗肿瘤和骨修复的双功能性,在骨肿瘤的治疗与修复中具有潜在的应用。目前该研究成果被Advanced Functional Materials, adfm201504142, (IF=11.8) 接收(该论文第一作者为在读博士生马红石)。审稿人高度评价了该项研究:“这是一项设计很好的研究,具有明显的创新性,解决了传统生物支架不能兼具肿瘤治疗与骨修复的问题”。目前,该成果已经申请了专利一项。 

  另外,该研究小组通过三年的探索,成功解决了传统3D打印生物陶瓷支架大孔尺度与大孔结构可控性不高的问题。近期,该小组还采用3D打印方法成功制备出具有多级尺度、复杂结构的生物陶瓷支架,包括生物陶瓷空心管状堆积的多孔支架(见图4)以及大孔-介孔组合的多孔支架 (见图5),这些新型的支架材料更好地模拟了人体组织复杂结构,其成骨、成血管化性能显著提高。相关结果于最近分别发表在ACS Applied Materials & Interfaces, NanoscaleActa Biomaterialia等期刊上。(Nanoscale. 2015; 7(45): 19207-21ACS Applied Materials & Interfaces. 2015; 7:6541-6549. Acta Biomaterialia. 2014; 10(1): 463-476) 

  相关研究工作得到了科技部863计划以及所创新重点项目支持。       

  1. 3D打印纯生物陶瓷支架(左)与生物活性陶瓷/氧化石墨烯复合支架(右)。 

  2. 3D打印生物陶瓷/石墨烯复合支架在近红外光诱导的光热效应有效地杀死肿瘤细胞(b, c, d, e, f, and m),如果没有近红外光照射以及纯的生物陶瓷支架上,肿瘤细胞生长完好(a, f, g, h, j, k, l, n, o and p)

  3. 裸鼠近红外光照时的光热成像图(a)和温度变化曲线(b)。肿瘤活体荧光成像(c), 肿瘤体积变化曲线(d),裸鼠治疗前后照片对比图(e) 

  4. 3D打印具有中空管状结构生物陶瓷支架用于大块骨组织缺损的修复与再生,中空管状形貌与尺度可以得到很好的控制。 

  5. 3D打印具有编制大孔结构(a, b)以及有序介孔结构(c) 的多级孔结构的生物陶瓷支架,该支架具有优越的成骨活性。

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