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3D打印的宏觀微觀多孔網(wǎng)格材料具有藥物遞送功能的組織工程支架

Date:2019-07-02 14:54:04

       我們所從事的領(lǐng)域其實(shí)與組織工程息息相關(guān),在臨床工作中,涉及需要骨組織工程的內(nèi)容很多,我們的研究領(lǐng)域有著很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。于此同時(shí),骨缺損常合并其他情況出現(xiàn),在這種需求下,臨床上對(duì)骨修復(fù)也有了額外的其他要求,即除骨組織再生以外,同時(shí)具有抗炎、抗菌、抗腫瘤以及腱骨連合等某一項(xiàng)或幾項(xiàng)附加功能。因此,在應(yīng)用層面了解除我們常規(guī)骨組織再生以外的其他功能是非常有必要的,可以在后期作為我們的拓展點(diǎn),因此,從biofabrication中尋找到了一篇同時(shí)具有骨修復(fù)與載藥功能的文章,以期拓展視野,學(xué)習(xí)思路。此外關(guān)于3D打印支架表面上的微米及亞級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)討論也是我們一直以來(lái)關(guān)注的部分。
研究背景
      組織工程mm級(jí)別大孔支架對(duì)于骨腫瘤等疾病引起的缺損的再生具有重要意義。而治療這些病癥的另一個(gè)重要部分是輔助藥物治療,以預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)或手術(shù)部位感染。在這項(xiàng)研究中,昆士蘭大學(xué)的生物制造中心團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新型的mm級(jí)別大孔支架,具有藥物加載和釋放功能,可用于這些臨床情景。3D打印允許設(shè)計(jì)者們構(gòu)建具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大孔支架用于組織工程,然而它們通常具有較低的表面積,限制了藥物負(fù)載能力。該研究團(tuán)隊(duì)將微觀孔隙度引入大孔支架中,增加其表面積以便有效而簡(jiǎn)單地浸泡各種臨床藥物并控制它們的釋放。
研究過(guò)程
本研究思路如下:
     多孔3D支架制備(致孔劑加入醫(yī)用級(jí)PCL→FDM式3D支架的制備→浸出致孔劑成孔)→SEM、AFM等表征→多柔比星(DOX),紫杉醇(PTX)和頭孢唑啉(CEF)三種藥的載藥與釋放試驗(yàn)→三種藥的功能試驗(yàn)(抗腫瘤與抗菌)

一、材料本身的表征
What:對(duì)帶孔和不帶孔的兩種材料進(jìn)行觀測(cè),對(duì)抗壓能力進(jìn)行研究
How:SEM與micro-CT對(duì)材料各個(gè)部位進(jìn)行觀測(cè)
Why:觀測(cè)到多孔組支架不僅有微米級(jí)孔隙,還不損失原本的大孔網(wǎng)架結(jié)構(gòu),而壓縮模量卻略有下降,后對(duì)材料壓縮以后的形貌分析,則是把材料的柔性優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)了出來(lái),該力學(xué)檢測(cè)思路完全可以用于PEI網(wǎng)格上,因?yàn)槎际侨嵝缘腇DM打印出的材料,具有不易壓潰僅緩慢形變的特點(diǎn)。
 

 
二、DOX的載與釋W(xué)hat:對(duì)DOX的裝載能力進(jìn)行評(píng)價(jià),對(duì)DOX能否緩釋做評(píng)價(jià)
How:直接明亮視野圖像、DOX自發(fā)熒光、FTIR、釋放試驗(yàn)
Why:多孔支架從肉眼即可看出有著更高的裝載能力,即顏色更深;而熒光則表示了DOX已經(jīng)深入微米結(jié)構(gòu);FTIR的特征峰表示了DOX在表面的固定,通過(guò)多個(gè)角度證明材料可裝載DOX,且越大濃度越好。而各個(gè)劑量組的釋放也是明顯變得爆發(fā)延后,但是量卻更大,即緩釋加強(qiáng)更利于載藥以及緩釋治療腫瘤。
 

 
三、PTX的載與釋 What:對(duì)PTX的裝載釋放能力進(jìn)行評(píng)價(jià)
How:SEM、XPS、FTIR、釋放試驗(yàn)
     Why:SEM不僅可看出多孔組裝載更多,而且有著明顯的分布表示;FTIR的特征峰表示了在表面的固定,而XPS證明了固定以及完整性,總之是通過(guò)多個(gè)角度證明了材料可裝載PTX,且越大濃度越好。而各個(gè)劑量組的釋放量也更大即更利于載藥,釋放也更多,利于治療腫瘤。
 

 
四、CEF的載與釋 
What:對(duì)CEF的裝載釋放能力進(jìn)行評(píng)價(jià)
How:SEM、EDX、釋放試驗(yàn)(取log)
Why:SEM可以看出不僅載藥更多,而且較無(wú)孔的載藥更加的均勻而深入,也就是更均勻而穩(wěn)定;EDX從數(shù)據(jù)上定量的證明了這種均勻穩(wěn)定的負(fù)載。而釋放量的結(jié)果則是證明了外包裹有PLGA的材料的釋放量逐步提升,而且緩釋,說(shuō)明此種材料載CEF時(shí)應(yīng)使用PLGA改性。
 

 

五、載三種藥物的功能證明(重中之重)
What:對(duì)實(shí)際材料載藥的功能檢測(cè)
How:細(xì)菌抑制區(qū)、腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞量與DNA數(shù)
Why:紫杉醇(PTX)與多柔比星(DOX)分別表現(xiàn)出細(xì)胞數(shù)和DNA的量與對(duì)照組相比極度減少,而且都是普通劑量的效果最好,甚至8天PTX已經(jīng)殺滅了腫瘤細(xì)胞;頭孢唑啉(CEF)則表現(xiàn)出了越高的劑量殺菌效果越好,同時(shí)具有定性與定量的結(jié)果。總之證明了該材料能負(fù)載和釋放抗菌和抗腫瘤藥并實(shí)際發(fā)揮了作用。
 

 



研究啟示:

1、本文的實(shí)際意義與行文:文章依然是從臨床出發(fā),真是應(yīng)了那句“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”,我覺(jué)得文章引言寫(xiě)的非常好,一下子就抓住了讀者的想法。確實(shí),化療的副作用大家都非常清楚了,然而還是不得不化療,即使只有那么一點(diǎn)點(diǎn)的藥物能作用于腫瘤部位,人們也是堅(jiān)持使用。而抗生素,濫用抗生素可以說(shuō)是醫(yī)療界的一大痛點(diǎn),和化療藥物一樣,也是非常少的一點(diǎn)會(huì)到達(dá)實(shí)際需要部位。對(duì)于其他腫瘤或者炎癥,位置在體內(nèi)或者不好操作,因此只能用這種全身用藥的方式,而對(duì)于骨腫瘤骨缺損的病人,我們?cè)谛g(shù)中若是能夠植入能夠裝載化療藥和抗生素,并且持續(xù)穩(wěn)定釋放,那就實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療了,至少?gòu)墓切迯?fù)手術(shù)的角度,減少了化療副作用與濫用抗生素,還提升了效果。的確本文的材料比較不成熟,離應(yīng)用臨床早的很,但是他引言這么一說(shuō),立刻讓人感覺(jué)這個(gè)材料真好,真能有這么大的作用。可見(jiàn)在引言里“忽悠”好了,讀者就自己“上套”了,即使是外強(qiáng)中干也會(huì)被忽略了。

2、方法部分的架構(gòu):方法中結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)明,邏輯通暢。先制作材料,然后驗(yàn)證材料能分別裝載三種藥,然后用了不同的方法去驗(yàn)證三種藥的裝載和釋放,又用了不同的方法去驗(yàn)證了三種藥的實(shí)際功效,的確有理有據(jù),層層遞進(jìn)。

3、檢測(cè)方法的使用:同樣都是檢測(cè)載藥和釋放,本文每種藥用檢測(cè)的方法都有不同,即使是抗腫瘤藥的功能用的檢測(cè)都不同。這種感覺(jué)有點(diǎn)像在論文里,一種意思用多種表達(dá)。比如show相近的同義詞就有:demonstrate, illustrate,describe, summarize, list, display, present,, describe, observe, reveal,indicate, suggest, predict, provide, identify, affirm,, confirm, emphasize等。或許在方法層面也是這樣,同樣的含義的詞有很多,適合使用的語(yǔ)境有不同,而且多樣的方法對(duì)于文章也更加豐富。

4、定性定量:本文把定性定量做的很好,好在哪里呢,只要是能夠定量定性同時(shí)做的,他都做了。定性表現(xiàn)結(jié)果的直觀,定量表現(xiàn)結(jié)果的準(zhǔn)確與說(shuō)服力,將二者結(jié)合,則是最大化地使結(jié)果又直觀又準(zhǔn)確。

5、力學(xué)驗(yàn)證:這個(gè)是我個(gè)人需要學(xué)習(xí)的地方,也就是對(duì)于柔性高聚物的力學(xué)驗(yàn)證,應(yīng)該摒棄以往的壓縮模量+壓縮強(qiáng)度模式,凸顯出柔性strain-stress曲線的優(yōu)勢(shì),也就是說(shuō)不會(huì)輕易地壓潰,應(yīng)變和應(yīng)力都不會(huì)突變,更適用于人體的力學(xué)環(huán)境,具有更好的穩(wěn)定性。

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