英國伯明翰大學《自然•通訊》:4D打印聚碳酸酯材料用于軟組織修復

來源：高分子科學前沿

3D打印因具有微米級分辨率的可再現(xiàn)、互連孔隙等特征，已經(jīng)成為克服傳統(tǒng)組織工程支架設計的加工和形態(tài)限制的最有前途的工具之一。然而，該領域當前的一個顯著限制是缺乏能夠通過添加制造技術有效加工的合適材料，特別是在層集成光聚合方法中，以及長期的體內(nèi)生物相容性。可降解生物材料的主要焦點是聚(左旋乳酸)(PLLA)因其在光聚合中的不良加工性及其酸性降解產(chǎn)物而受到限制。因此，亟需一種替代的合成材料平臺以平衡微創(chuàng)行為與營養(yǎng)/廢物擴散，并支持組織再生。
鑒于上述限制，伯明翰大學Andrew P. Dove等報道了一種基于聚碳酸酯的柔性脂肪彈性材料，此類材料通過光聚合作用形成支持性柔性組織工程材料，這種材料的4D可打印結構特征，表現(xiàn)了形貌記憶功能，能夠作為柔性組織填充材料，能夠保持支持材料的結構，在脂肪組織工程和修復方面非常有前景，相關工作以題為“4D polycarbonates via stereolithography as scaffolds for soft tissue repair”于近期發(fā)表在《Nature Communications》上，引起了廣泛關注。

文章亮點：
1. 理想的軟組織生物材料應該是一種彈性的、柔順的、可降解的三維空隙填充結構，它可以促進組織滲透。為了實現(xiàn)可降解聚合物主鏈不發(fā)生酸性降解，同時保持對合成的良好控制，選擇了脂肪族環(huán)狀碳酸酯的有機催化開環(huán)聚合。使用立體平版印刷(DLP)工藝，所有的組合物都可以用于生產(chǎn)具有空隙填充裝置潛力的多孔支架。

△材料合成與選取及3D打印

2. 通過細胞相容性篩選，以便在最終支架開發(fā)之前評估材料組成因素。在直接和間接接觸試驗中，在7天的時間內(nèi)(鼠成纖維細胞、鼠脂肪細胞、鼠巨噬細胞和人成纖維細胞)評估時，沒有發(fā)現(xiàn)關于增殖或形態(tài)的顯著差異。所有細胞類型顯示良好的細胞擴散和粘附。

△材料生物相容性測試

3. 基于碳酸酯的形狀記憶4D支架在斷鏈時是非酸性的，并且可以被3D打印到高度多孔的支架中，該支架在機械上合適的基底上提供結構支撐，其中表面化學可以被改變。這允許生產(chǎn)自適應支架，其在微創(chuàng)手術中將呈現(xiàn)軟組織空隙幾何形狀，而不會變形或?qū)χ車�組織施加壓力。隨著植入時間的推移，我支架將主要通過表面侵蝕機制水解和侵蝕，允許緩慢、連續(xù)的組織浸潤，沒有酸中毒和機械故障。

△材料的溶脹和降解行為測試