我国科学家开发了3D打印的载药神经康复绷带

国际金属加工网 2020年10月29日

来自我国四川大学和厦门大学的研究人员已经开发了3D打印的自粘绷带,能够提供神经修复药物。

该团队制造的纱布包括两个点击激活的水凝胶层和一个内部区域,可以装载再生药物。一旦包裹在受伤的神经部位周围,该装置就会以刺激周围神经系统(PNS)中神经胶质细胞生长的方式释放药物。

科学家们相信,他们新颖的3D打印敷料设计可在进行广泛的神经修复手术(如神经性腹泻)时为医生提供帮助。

我国科学家开发的3D打印绷带被证明能够存储和释放增强细胞的药物有效载荷。

神经外伤的新疗法

从体育事故到肿瘤等疾病,可能会以各种方式伤害周围的神经,但在受影响的区域,它们几乎总是伴随着感觉功能的丧失。尽管PNS具有再生能力,并且能够在某些情况下自行恢复,但这在很大程度上取决于受伤的程度和规模。

这种情况下,必须部署神经性腹泻术以将神经缝合在一起,但是这种治疗只有50%的成功几率。为了使该程序更有效,许多科学家目前正在研究创建更有利的环境,促进细胞生长并引发更积极反应的方法。

2019年,四川大学的另一个团队将PNS药物纳入了神经引导支架(NGS'),该支架旨在释放至受伤神经部位附近。基于支架的方法的问题在于它们通常不准确,导致药物泄漏到周围组织中,并存在副作用的风险。

除了泄漏外,NGS'的安装还很棘手,这对于在细微的神经末梢周围使用不是很理想,神经末梢需要仔细治疗以避免进一步的损伤。同时,3D打印技术在制造NGS'方面显示出了巨大的潜力,这种NGS's可以预装药物并在受伤部位就地释放。

在这种注入药物的增材制造方法的基础上,该团队着手制造自己的可生物降解的神经修复解决方案。

使用DLP印刷方法,该团队能够在内部注入药物的水凝胶制造绷带。

科学家的“可点击”3D打印绷带

为了创建自己的自粘绷带,研究人员使用数字光处理(DLP)3D打印机将一组可点击的官能化单体聚合为矩形。对于每个结构的第二层,部署了一种不同的墨水,其中包含XMU-MP-1纳米颗粒,该药物用于促进患者蛋白质和细胞的生长。

轧制并自粘后,纱布变成包裹形状,药物装载的“磨碎”侧的厚度为139 m,聚合物侧的厚度为110 m。为了验证绷带的体内愈合能力,研究小组着手进行了一系列生物相容性测试。

初步评估显示,附加的伤口敷料暴露于“ Schwann”细胞,这对于保持神经纤维在PNS中的存活至关重要。结果表明,该团队的3D打印纱布并未对细胞活力产生负面影响,而药物释放分析表明,十小时之内,水凝胶就溶解了。

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通过将促进细胞生长的药物包裹在聚合物壳中,研究人员能够精确地控制其扩散速度。

在下一个测试阶段,将绷带注射到实验大鼠的背部,并在15周的时间内对其进行观察。植入物未引起视觉发炎,并表现出良好的生物相容性,证明该装置能够在体内使用,而不会引起刺激或身体排斥。

随后进行了大鼠坐骨神经的体内手术,在此期间,研究小组3D打印的水凝胶绷带的表面张力使其能够滚动并粘附在患处。三个月后,研究人员重新打开伤口,发现神经已完全愈合,其装置已成为其恢复的关键。

在测试过程中证明他们的附加敷料可以部署其药物有效载荷而不会损坏附近的组织后,该团队认为他们的方法是成功的。通过进一步的研究和优化,科学家希望他们的绷带既可以在现有的手术中使用,也可以开发出用于神经修复的新型生物材料。

3D打印和修复神经系统

使用增材制造来辅助神经细胞修复本身并不是一个新颖的概念,并且近年来有许多研究人员以这种方式应用了该技术。

加拿大萨斯喀彻温大学的科学家已经开发出3D打印的组织支架,可用于治疗受损的周围神经。经证明,生物印刷的支架比以前的水凝胶在机械上更稳定,并且也显示出更大的细胞活力。

同样,日本京都大学的研究人员设计了一种创新的3D打印再生神经组织的方法。通过在“针阵列”中制造细胞,研究团队能够将它们直接注射到受伤部位


(白令三维)

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