英国伯明翰大学《自然•通讯》:4D打印聚碳酸酯材料用于软组织修复

来源：高分子科学前沿

3D打印因具有微米级分辨率的可再现、互连孔隙等特征，已经成为克服传统组织工程支架设计的加工和形态限制的最有前途的工具之一。然而，该领域当前的一个显著限制是缺乏能够通过添加制造技术有效加工的合适材料，特别是在层集成光聚合方法中，以及长期的体内生物相容性。可降解生物材料的主要焦点是聚(左旋乳酸)(PLLA)因其在光聚合中的不良加工性及其酸性降解产物而受到限制。因此，亟需一种替代的合成材料平台以平衡微创行为与营养/废物扩散，并支持组织再生。
鉴于上述限制，伯明翰大学Andrew P. Dove等报道了一种基于聚碳酸酯的柔性脂肪弹性材料，此类材料通过光聚合作用形成支持性柔性组织工程材料，这种材料的4D可打印结构特征，表现了形貌记忆功能，能够作为柔性组织填充材料，能够保持支持材料的结构，在脂肪组织工程和修复方面非常有前景，相关工作以题为“4D polycarbonates via stereolithography as scaffolds for soft tissue repair”于近期发表在《Nature Communications》上，引起了广泛关注。

文章亮点：
1. 理想的软组织生物材料应该是一种弹性的、柔顺的、可降解的三维空隙填充结构，它可以促进组织渗透。为了实现可降解聚合物主链不发生酸性降解，同时保持对合成的良好控制，选择了脂肪族环状碳酸酯的有机催化开环聚合。使用立体平版印刷(DLP)工艺，所有的组合物都可以用于生产具有空隙填充装置潜力的多孔支架。

△材料合成与选取及3D打印

2. 通过细胞相容性筛选，以便在最终支架开发之前评估材料组成因素。在直接和间接接触试验中，在7天的时间内(鼠成纤维细胞、鼠脂肪细胞、鼠巨噬细胞和人成纤维细胞)评估时，没有发现关于增殖或形态的显著差异。所有细胞类型显示良好的细胞扩散和粘附。

△材料生物相容性测试

3. 基于碳酸酯的形状记忆4D支架在断链时是非酸性的，并且可以被3D打印到高度多孔的支架中，该支架在机械上合适的基底上提供结构支撑，其中表面化学可以被改变。这允许生产自适应支架，其在微创手术中将呈现软组织空隙几何形状，而不会变形或对周围组织施加压力。随着植入时间的推移，我支架将主要通过表面侵蚀机制水解和侵蚀，允许缓慢、连续的组织浸润，没有酸中毒和机械故障。

△材料的溶胀和降解行为测试