3D-geprinte koolstofsteigers vertonen potentieel voor verbeterde botregeneratie

In een doorbraak voor regeneratieve geneeskunde heeft een nieuw onderzoek van IMDEA Materials Institute Researchers het potentieel aangetoond van 3D-geprinte koolstofmicrolatti’s als structureel afstembare steigers voor botweefseltechniek.

In het bijzonder werden de steigers gefabriceerd met behulp van 3D-geprinte polyethyleenglycol diacrylaat (PEGDA) structuren die worden omgezet in pyrolytische koolstof (PYC) door behandeling met hoge temperatuur.

Hun bevindingen, gepubliceerd in Kleine structurenOpen veelbelovende wegen voor het gebruik van koolstofgebaseerde materialen in botweefseltechniek, een veld lang op zoek naar biomaterialen die mechanische robuustheid, biocompatibiliteit en op maat gemaakte ontwerp combineren met geometrische precisie.

“Deze studie presenteert de eerste uitgebreide in vitro evaluatie van 3D-geprinte PYC-steigers voor botregeneratie,” zei Dr. Monsur Islam van IMDEA-materialen. “Ons doel was om verder te gaan dan conventionele steigermaterialen en koolstof te verkennen als een volledig architect, instelbaar platform voor weefseltechniek.”

“Terwijl andere vormen van koolstof zoals grafeen- of koolstofnanobuisjes belofte hebben getoond in botregeneratie, vereisen ze meestal inbedding in polymeren, die vaak hun ware potentieel maskeren.

“We waren enthousiast over het idee om pure koolstof te gebruiken, volledig gevormd door 3D -printen en pyrolyse, om steigers te maken met programmeerbare mechanische en chemische eigenschappen. Wat echt opmerkelijk is, is dat deze structuren celgedrag kunnen leiden, het promoten van proliferatie of osteogenese, zonder enige oppervlakte -coatings of bio -actieve coatingen of bio -actieve coatities.

Het team achter de publicatie, geleid door Dr. Islam, omvat ook IMDEA-materiaalonderzoekers Wei Tang, Dr. Miguel Monclús, Dr. Mónica Echeverry Rendón, Prof. De-Yi Wang en voormalig IMDEA Materials-onderzoeker Dr. Jesús Ordoño.

Pyrolyse is een proces waarbij organische materialen worden ontleed bij hoge temperaturen in afwezigheid van zuurstof.

In de studie, uitgevoerd als onderdeel van het European Marie Skłodowska Curie Actions Project 3D-Carbon, werd Pegda, een organische foto-gevoelige hars, voor het eerst gebruikt voor UV-Light-gebaseerde hars 3D-printen, waar ingewikkelde 3D PEGDA-structuren werden gefabriceerd in een laag-doorlaag fotopolymerisatieproces.

Deze structuren werden later onderworpen aan een pyrolyseproces op hoge temperatuur, wat resulteerde in de vorming van een op koolstof gebaseerd raamwerk dat verbeterde mechanische, elektrische of thermische eigenschappen vertoont, afhankelijk van de verwerkingsomstandigheden.

Belangrijk is dat de oorspronkelijke structuren een significante geometrische krimp hadden (tot ~ 80%), met behoud van de oorspronkelijke geometrie. Deze krimp maakte een hogere afdrukresolutie mogelijk in vergelijking met het UV 3D -printproces, wat leidde tot de fabricage van poriëngeometrieën vergelijkbaar met native bot.

Onderzoekers hebben ook aangetoond hoe variërend de pyrolysetemperatuur van 500 tot 900 ° C effectief zowel de fysische als de biologische eigenschappen van de resulterende koolstofmicrolattices afgestemde.

Bij hogere temperaturen wordt de koolstof geleidend en mechanisch robuuster, met elasticiteit en hardheidswaarden die die van natuurlijk bot naderen, waardoor ze bijzonder veelbelovend zijn voor klinische toepassingen bij botherstel.

Interessant is dat de studie aantoont dat PYC-steigers die zijn gecreëerd bij lagere pyrolysetemperaturen meer zuurstofbevattende oppervlaktegroepen behouden, wat leidt tot een grotere metabole activiteit en verbeterde celproliferatie. Dit suggereert dat het aanpassen van de pyrolyseparameters een krachtig hulpmiddel biedt om cellulair gedrag te sturen.

In tegenstelling tot veel bestaande steigermaterialen, zoals polymeren die geen sterkte of keramiek missen die uiterst uitdagend zijn om te verwerken tot de geometrische schaal van native bot, bieden deze PYC -microlattices een zeldzame combinatie van verwerkbaarheid, biocompatibiliteit, mechanische veerkracht en oppervlakte -afstemmers.

In aanvulling, hun potentiële compatibiliteit met op MRI gebaseerde monitoring presenteert een opmerkelijk voordeel ten opzichte van op metaal gebaseerde implantaten.