国内最早称3D打印为快速成形技术(Rapid Prototyping,RP),其基本的工作原理是材料的离散/堆积。简单而言,是通过不断的物理层叠加,一层一层堆积材料来实现生成三维实体。根据打印材料的不同,3D打印方式主要分为以下几种:选择性激光烧结打印(SLS)、光固化打印(SLA)、熔融沉积打印(FDM)和生物3D打印。
当前被应用于组织工程研究最多的是生物3D打印和熔融沉积打印。Yan等是国内最早探究3D打印的研究者,其研究了细胞凝胶复合打印对细胞生长的影响。实验结果显示,打印制备的微通道利于细胞的养分摄取和代谢产物的排除,该方法具有潜在的制备人工组织器官的可能。Won等通过3D打印技术制备得到PCL/PLGA/β-TCP薄膜,并通过体内和体外实验与其常用的胶原薄膜的性能做了比较。结果发现,最初无论是细胞的粘附情况还是成骨分化情况胶原薄膜都优于打印制备的PCL/PLGA/β-TCP薄膜,一周后发现两者之间不再具有显著性差异。制备的PCL/PLGA/β-TCP薄膜分别经抗拉测试和湿态环境抗压测试,结果表明打印制备的支架更适合于骨组织工程。La等基于打印技术制备了PCL/PLGA/TCP复合支架,然后在表面涂抹去除矿化物及细胞外基质的骨粉,与其PCL/PLGA/TCP、喷涂胶原PCL/PLGA/TCP支架性能进行对比。结果表明,PCL/PLGA/TCP/bdECM无论在细胞的粘附生长还是植入缺损模型的愈合情况都较另外两组优势明显,分析认为是bdECM所含有的生物活性大分子提高宿主细胞向缺损处的生长。Zhang等通过3D打印技术制备获得具有两相结构的PEG水凝胶/β-磷酸三钙软骨组织工程支架。将家兔骨髓间质干细胞接种在复合支架上,发现细胞可以更好地在支架表面粘附生长,同时实验也发现复合支架有助于促进细胞在支架上的分化。Ma等通过3D打印技术制备获得表面覆盖Ca-P/聚多巴胺纳米层结构的生物陶瓷支架。聚多巴胺对支架的表面修饰一方面使得支架的生物相容性、降解性能得到提高,另一方面可以作为一种光热治疗的介质用来杀死肿瘤细胞。实验结果表明;在体外,聚多巴胺可以很好地诱导肿瘤细胞的死亡;在体内,可以抑制缺损部位肿瘤的生长。在光热治疗的实验条件下,发现经过聚多巴胺修饰的支架提高了兔子骨髓间充质干细胞的增殖和粘附,可以作为癌症治疗和骨组织修复的支架材料。Ball等依据大部位骨缺损移植治疗时因没有营养物的流入致使中心部位坏死的事实,利用3D打印制备了血管网络通道。在灌注生物反应中体外制备的骨组织因为有血管网络使得气体贯通,所以较对照组细胞存活率提高了50%。
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