3D打印的宏观微观双层次多孔网格材料作为具有药物递送功能的组织工程支架

来源：生物材料与组织修复主笔：徐鑫宇
辅助：李瑞延、李士怀

我们所从事的领域其实与组织工程息息相关，在临床工作中，涉及需要骨组织工程的内容很多，我们的研究领域有着很强的应用价值。于此同时，骨缺损常合并其他情况出现，在这种需求下，临床上对骨修复也有了额外的其他要求，即除骨组织再生以外，同时具有抗炎、抗菌、抗肿瘤以及腱骨连合等某一项或几项附加功能。因此，在应用层面了解除我们常规骨组织再生以外的其他功能是非常有必要的，可以在后期作为我们的拓展点，因此，从biofabrication中寻找到了一篇同时具有骨修复与载药功能的文章，以期拓展视野，学习思路。此外关于3D打印支架表面上的微米及亚级拓扑结构讨论也是我们一直以来关注的部分。

研究背景
组织工程mm级别大孔支架对于骨肿瘤等疾病引起的缺损的再生具有重要意义。而治疗这些病症的另一个重要部分是辅助药物治疗，以预防肿瘤复发或手术部位感染。在这项研究中，昆士兰大学的生物制造中心团队开发了一种新型的mm级别大孔支架，具有药物加载和释放功能，可用于这些临床情景。3D打印允许设计者们构建具有复杂结构的大孔支架用于组织工程，然而它们通常具有较低的表面积，限制了药物负载能力。该研究团队将微观孔隙度引入大孔支架中，增加其表面积以便有效而简单地浸泡各种临床药物并控制它们的释放。

研究过程

本研究思路如下：

多孔3D支架制备（致孔剂加入医用级PCL→FDM式3D支架的制备→浸出致孔剂成孔）→SEM、AFM等表征→多柔比星（DOX），紫杉醇（PTX）和头孢唑啉（CEF）三种药的载药与释放试验→三种药的功能试验（抗肿瘤与抗菌）

一、材料本身的表征
What：对带孔和不带孔的两种材料进行观测，对抗压能力进行研究
How：SEM与micro-CT对材料各个部位进行观测
Why：观测到多孔组支架不仅有微米级孔隙，还不损失原本的大孔网架结构，而压缩模量却略有下降，后对材料压缩以后的形貌分析，则是把材料的柔性优势体现了出来，该力学检测思路完全可以用于PEI网格上，因为都是柔性的FDM打印出的材料，具有不易压溃仅缓慢形变的特点。

二、DOX的载与释What：对DOX的装载能力进行评价，对DOX能否缓释做评价

How：直接明亮视野图像、DOX自发荧光、FTIR、释放试验
Why：多孔支架从肉眼即可看出有着更高的装载能力，即颜色更深；而荧光则表示了DOX已经深入微米结构；FTIR的特征峰表示了DOX在表面的固定，通过多个角度证明材料可装载DOX，且越大浓度越好。而各个剂量组的释放也是明显变得爆发延后，但是量却更大，即缓释加强更利于载药以及缓释治疗肿瘤。

三、PTX的载与释 What：对PTX的装载释放能力进行评价

How：SEM、XPS、FTIR、释放试验
Why：SEM不仅可看出多孔组装载更多，而且有着明显的分布表示；FTIR的特征峰表示了在表面的固定，而XPS证明了固定以及完整性，总之是通过多个角度证明了材料可装载PTX，且越大浓度越好。而各个剂量组的释放量也更大即更利于载药，释放也更多，利于治疗肿瘤。

四、CEF的载与释
What：对CEF的装载释放能力进行评价
How：SEM、EDX、释放试验（取log）
Why：SEM可以看出不仅载药更多，而且较无孔的载药更加的均匀而深入，也就是更均匀而稳定；EDX从数据上定量的证明了这种均匀稳定的负载。而释放量的结果则是证明了外包裹有PLGA的材料的释放量逐步提升，而且缓释，说明此种材料载CEF时应使用PLGA改性。

五、载三种药物的功能证明（重中之重）
What：对实际材料载药的功能检测
How：细菌抑制区、肿瘤细胞的细胞量与DNA数
Why：紫杉醇（PTX）与多柔比星（DOX）分别表现出细胞数和DNA的量与对照组相比极度减少，而且都是普通剂量的效果最好，甚至8天PTX已经杀灭了肿瘤细胞；头孢唑啉（CEF）则表现出了越高的剂量杀菌效果越好，同时具有定性与定量的结果。总之证明了该材料能负载和释放抗菌和抗肿瘤药并实际发挥了作用。

研究启示：

1、本文的实际意义与行文：文章依然是从临床出发，真是应了那句“科学技术是第一生产力”，我觉得文章引言写的非常好，一下子就抓住了读者的想法。确实，化疗的副作用大家都非常清楚了，然而还是不得不化疗，即使只有那么一点点的药物能作用于肿瘤部位，人们也是坚持使用。而抗生素，滥用抗生素可以说是医疗界的一大痛点，和化疗药物一样，也是非常少的一点会到达实际需要部位。对于其他肿瘤或者炎症，位置在体内或者不好操作，因此只能用这种全身用药的方式，而对于骨肿瘤骨缺损的病人，我们在术中若是能够植入能够装载化疗药和抗生素，并且持续稳定释放，那就实现精准治疗了，至少从骨修复手术的角度，减少了化疗副作用与滥用抗生素，还提升了效果。的确本文的材料比较不成熟，离应用临床早的很，但是他引言这么一说，立刻让人感觉这个材料真好，真能有这么大的作用。可见在引言里“忽悠”好了，读者就自己“上套”了，即使是外强中干也会被忽略了。

2、方法部分的架构：方法中结构很简明，逻辑通畅。先制作材料，然后验证材料能分别装载三种药，然后用了不同的方法去验证三种药的装载和释放，又用了不同的方法去验证了三种药的实际功效，的确有理有据，层层递进。

3、检测方法的使用：同样都是检测载药和释放，本文每种药用检测的方法都有不同，即使是抗肿瘤药的功能用的检测都不同。这种感觉有点像在论文里，一种意思用多种表达。比如show相近的同义词就有：demonstrate, illustrate,describe, summarize, list, display, present,, describe, observe, reveal,indicate, suggest, predict, provide, identify, affirm,, confirm, emphasize等。或许在方法层面也是这样，同样的含义的词有很多，适合使用的语境有不同，而且多样的方法对于文章也更加丰富。

4、定性定量：本文把定性定量做的很好，好在哪里呢，只要是能够定量定性同时做的，他都做了。定性表现结果的直观，定量表现结果的准确与说服力，将二者结合，则是最大化地使结果又直观又准确。

5、力学验证：这个是我个人需要学习的地方，也就是对于柔性高聚物的力学验证，应该摒弃以往的压缩模量+压缩强度模式，凸显出柔性strain-stress曲线的优势，也就是说不会轻易地压溃，应变和应力都不会突变，更适用于人体的力学环境，具有更好的稳定性。