3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展

3D打印技术能够根据不同患者需要,快速精确制备适合不同患者的个性化生物医用高分子材料,并能同时对材料的微观结构进行精确控制.因此,这种新兴的医用高分子材料制备技术在未来生物医学应用(尤其是组织工程应用)中具有独特的优势.近年来,对于3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究开发受到了越来越多的关注.不同的生物相容高分子原料被应用于3D打印技术,而这些3D成型高分子材料被用于体外细胞培养,或动物模型的软组织或硬组织修复中.本文主要介绍了近年来3D打印技术在生物医用高分子材料制备中的研究进展,并对该领域的未来应用和挑战进行了展望.     

糖聚肽高分子的合成、自组装及生物医学应用

糖聚肽高分子是一类由聚肽(也称聚氨基酸)和糖类化合物(包括单糖、寡糖和多糖)构成的生物可降解高分子.糖聚肽高分子具有与天然糖蛋白分子类似的化学组成,能够在一定程度上模拟天然糖蛋白的结构和性能,近年来引起了学术界的广泛研究兴趣.本文总结了糖聚肽高分子的合成方法及其在水溶液中的自组装行为,并着重评述了糖聚肽高分子在生物分子识别、靶向基因/药物传输和组织工程支架等生物医学领域中的应用.     

肿瘤酸度响应性聚(L-赖氨酸)-阿霉素键合药的制备与表征

用丁二酸酐(SA)和顺式乌头酸酐(CA)分别对阿霉素(DOX)进行修饰, 得到非酸响应的SA-DOX(SAD)和酸响应的CA-DOX(CAD). 通过SAD或CAD、端羧基化的聚乙二醇单甲醚(mPEG-COOH)与聚(L-赖氨酸)(PLL)的缩合反应, 制得非酸响应的PLL-g-mPEG/SAD和酸响应的PLL-g-mPEG/CAD键合药. 通过核磁共振氢谱和红外光谱表征键合药的化学结构, 并通过紫外-可见分光光度计测定药物键合量. 动态激光光散射研究结果表明, 两亲性的PLL-DOX键合药可以在pH=7.4的磷酸缓冲溶液中自组装形成稳定的纳米微粒. 体外释放实验及噻唑蓝检测结果表明, PLL-g-mPEG/SAD在实验pH范围和时间段内只释放出少量DOX, 不具有酸响应特性, 且对HeLa细胞增殖抑制作用较小. 而PLL-g-mPEG/CAD在生理条件(pH=7.4)下相对稳定, 在弱酸性条件(pH=5.3, 6.8)下, CAD中酸响应的酰胺键能快速水解并释放出DOX, 表现出较强的HeLa细胞增殖抑制效果.     

pH敏感的聚(L-谷氨酸)-交联聚丙烯酸水凝胶的合成与性能研究

通过在聚L-谷氨酸侧链部分接枝甲基丙烯酸2-羟乙酯得到含有双键的聚(L-谷氨酸),将其与丙烯酸共聚得到由聚(L-谷氨酸)侧链接枝并交联聚丙烯酸的pH敏感水凝胶.研究水凝胶在不同pH的缓冲溶液中的溶胀性、溶胀动力学,并通过SEM观察水凝胶的微观结构.结果表明,水凝胶在低pH环境下的溶胀率明显低于高pH环境中的溶胀率,不同...     

生物可降解温度敏感性水凝胶用于甲状旁腺相关肽的可控释放

通过以两端带有碳碳双键的聚己内酯为生物可降解交联剂,N-异丙基丙烯酰胺为单体,通过自由基共聚合成了生物可降解的温度敏感性水凝胶,研究了此水凝胶体系在不同温度下的溶胀率及通过对其透光率的测试研究了水凝胶体系的温度响应性.以此水凝胶体系作为载体研究了PTHrP1-34(甲状旁腺相关肽)在不同温度下的体外药物释放行为.体外模拟释放表明,此水凝胶载药体系能实现PTHrP 1-34长达13天的持续释放,基于PTHrP1-34具有能够增加成骨细胞活性和数量并能促进骨形成的作用,同时这种有益效果取决于低剂量及间歇给药的方式.     

可降解聚乙交酯-丙交酯缓释微球用于甲状旁腺相关肽的持续释放

采用水包油包水(W1/O/W2)复乳溶剂挥发法制备了包载甲状旁腺激素相关肽(PTHrP)的聚乙交酯-丙交酯(PLGA)微球,通过核磁,红外,GPC,扫描电子显微镜等观察PLGA载药微球的结构,表明载药微球具有良好的球形结构,其平均粒径约为8μm.而体外模拟释放表明,此PLGA载药微球能实现PTHrP1-34长达25天的持续释放.并通过MTT法、碱性磷酸酶活性测定等检测负载PTHrP1-34的PLGA微球缓释系统对小鼠成骨细胞MC3T3-E1增殖及分化的影响,结果表明PTHrP1-34浓度为1×10-9mol/L时对MC3T3-E1增殖促进效应最大,且随着药物作用时间的延长,缓释系统促进细胞增殖、分化的作用越明显.     

聚(L-谷氨酸)水凝胶的Diels-Alder制备及其生物分子响应性研究

报道了一种含有二硫键的聚L-氨基酸共价交联网络,制备了能对含巯基生物分子与蛋白酶产生响应的新型聚L-氨基酸水凝胶.通过二硫键将降冰片烯基团键合在聚(L-谷氨酸)侧链,所得到的聚合物与末端修饰四嗪基团的四臂聚乙二醇在水溶液中混合,通过降冰片烯与四嗪基团之间发生Diels-Alder反应形成分子间共价交联,获得了聚(L-谷氨酸)/聚乙二醇水凝胶.研究了水凝胶在含巯基生物活性分子谷胱甘肽(GSH)作用下的性质变化.结果表明,2种官能化聚合物混合后可快速形成稳定的水凝胶,其力学性质随聚合物浓度、2种聚合物比例和降冰片烯基团的取代度的改变而变化.体外降解实验结果表明,在GSH或弹性蛋白酶存在的条件下,水凝胶的降解速率显著增加.同时,经GSH处理的水凝胶机械强度也显著降低.大鼠体内实验表明,在交联点引入GSH响应性的二硫键会明显加速聚氨基酸水凝胶的体内降解.进一步体外细胞实验与组织学分析结果表明,所获得聚氨基酸/聚乙二醇水凝胶具有良好的体外细胞相容性和动物体内组织相容性.     

载万古霉素PLGA-PEG-PLGA温度敏感水凝胶的体外抗菌性能

利用聚乙二醇（PEG 1500）引发乙交酯和D,L-丙交酯开环共聚合制备聚丙交酯乙交酯（PLGA）三嵌段共聚物（PLGA-PEG-PLGA）温敏水凝胶材料,并通过核磁共振氢谱（¹H NMR）确定产物的结构及组成.应用倒置小瓶法测量得到不同浓度下PLGA-PEG-PLGA水凝胶的溶胶-凝胶相变温度为27~32℃.此外,体外降解实验及细胞毒性实验结果表明,质量分数为25%的水凝胶有满意的降解速度及良好的生物相容性.同时,利用紫外-可见光谱分析了载万古霉素水凝胶的体外药物释放行为,结果表明,万古霉素可以持续释放12 d.抗菌实验结果表明,载万古霉素水凝胶具有良好的抗菌效果.表明PLGA-PEG-PLGA三嵌段温敏水凝胶是一种较理想的万古霉素缓释载体,具有良好的临床应用前景.     

PLG-g-TA/RGD酶催化交联水凝胶用于透明软骨细胞黏附和三维细胞培养

制备了一种基于聚谷氨酸-g-酪胺/cRGDfk(PLG-g-TA/RGD)的新型酶催化交联水凝胶, 用于兔透明软骨细胞黏附和三维细胞的培养. PLG-g-TA/RGD聚合物材料在辣根过氧化物酶(HRP)和过氧化氢(H₂O₂)存在下, 能够通过酪氨基团的自交联快速形成水凝胶. 环状多肽(cRGDfk)的引入能够显著提高材料的溶液-凝胶转变速率和凝胶强度. 透明软骨细胞在水凝胶表面黏附3 d后, 在PLG-g-TA/RGD水凝胶表面有更多的细胞黏附; 将透明软骨细胞包裹在水凝胶内培养1, 4, 7 d后, 细胞在PLG-g-TA/RGD水凝胶内增殖效率明显高于对照组PLG-g-TA水凝胶. 细胞实验结果表明, 该水凝胶材料具有良好的生物相容性. cRGDfk的引入, 促进了透明软骨细胞的黏附和增殖, 显示了PLG-g-TA/RGD水凝胶材料在三维细胞培养方面的应用潜力.