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3D打印絲素蛋白 3D 打印交鎖髓內釘應用于骨植入

2020-02-21  1862

骨干骨折是一種常見的骨折,它發生在長骨的骨干上,如股骨,可以用帶鎖的釘子來治療,釘子插入骨中,并在末端用螺釘固定。但由于長時間植入釘子可能會出現并發癥,比如不銹鋼等材料不能為細胞提供良好的生物環境,最終需要移除這些釘子。

泰國清邁大學的一組研究人員近日發表了一篇論文《從四種不同的泰國本地絲繭中提取和制備絲素蛋白,用于骨植入應用》介紹了關于他們使用PLA進行的工作,并使用本地采購的絲素蛋白材料進行了增強,以3D打印生物復合材料制作帶鎖釘子。蠶絲看起來感覺柔軟,但是蛋白質纖維由75%的生物相容性絲蛋白制成,這是一種堅固不可溶的材料,在醫學領域有多種應用,包括傷口縫合、傷口愈合和組織工程。

研究人員寫道:“先前的研究證明,絲心蛋白具有良好的生物學和機械性能,例如生物相容性,生物降解性,水滲透性,無細胞毒性以及絲纖維的強度和彈性。絲纖維的極限抗拉強度為740 MPa,而膠原蛋白和聚乳酸的極限抗拉強度分別僅為0.9至7.4和28至50 MPa。”該團隊選擇了四種本地泰國家蠶絲繭以提取絲素蛋白:Nangnoi Srisaket-I(NN),Nanglai(NL),Luang Saraburi(LS)和J108。他們將繭切成小塊,然后將其脫膠,漂洗并干燥24小時,然后再溶解于溶劑中。

將所得溶液在去離子水中浸泡三天,每天更換水,然后將透析的絲溶液過濾并冷凍。最后,為了產生海綿,將冷凍的溶液凍干(冷凍干燥)。研究人員寫道:“提取后,通過掃描電子顯微鏡(SEM),能量色散X射線(EDS)和傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)對每種蠶繭的纖維蛋白進行表征并比較其物理性質 。然后,對人類胎兒成骨細胞系進行了細胞活力和細胞毒性的生物學測試。”

研究人員使用FTIR光譜法研究了“再生的每個絲支架中的纖維蛋白蛋白的構型”,每個物種均顯示出典型的隨機卷曲結構和Beta-sheet結構。SEM和EDS測試表明,每種絲素蛋白種類均具有相互連接的孔,平均尺寸為10-60微米。

研究小組寫道:“如圖4所示,絲素蛋白的重量百分比僅由碳(C),氮(N)和氧(O)元素組成,它們象征著家蠶的蛋白質化合物。”

最后,對四種絲素蛋白溶液進行了Alamar藍分析,以觀察細胞活力并確認它們無毒。研究人員指出:“每種蠶絲與對照的比較表明,所有支架的細胞活力百分比均不是顯著的對照(p值> 0.05),如圖5所示。”

該測試的結果表明它們都具有非細胞毒性,這意味著它們可以安全地用于動物和人體。

據了解,該研究小組在未來的研究中,將采用3DP工藝來增強生物性能中最好的蠶絲,以增強PLA帶鎖釘子。從結果來看,所有絲繭物種都具有非細胞毒性能力,可在人體或動物體內使用而不會造成危害。對于未來的工作,將對絲素蛋白增強PLA的3DP生物復合長絲進行測試,并觀察其他功能,例如細胞增殖能力,機械性能和生物3D打印狀態等。



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