清华研究人员3D打印植入物可抑制HPV感染

时间:2020-05-29 09:43       来源: 中关村在线
  来自北京清华大学的研究人员通过3D打印出了一种个性化的宫颈组织植入物,以对抗人类乳头瘤病毒(HPV)。通过在锥形聚氨酯植入物的多孔结构中加载一种抗HPV蛋白,该团队能够定量控制该蛋白的释放,抑制HPV在宫颈部位附近生长。
 
清华研究人员3D打印植入物可抑制HPV感染
3D打印的宫颈植入物 图片来源:清华大学
 
  HPV与宫颈癌
 
  HPV是全球91%的宫颈癌病例的病因。每年有46万个新病例,主要的治疗方法是宫颈锥体切除术,即切除一个锥体形状的组织样本,用于诊断。如果有癌前细胞存在,该方法还可以去除癌前细胞,大部分组织会在六周内重新生长出来。然而,这种治疗方法并不是神药,因为它可能导致组织缺损,而且往往感染复发率较高。
 
  3D打印的宫颈移植术
 
  研究人员的目标是开发一种非破坏性的抗HPV植入物,这种植入物也可以促进结扎部位的组织生长。第一步是根据医学影像数据设计出锥形结构--植入物最终在底部的直径为30毫米。选择的材料是FDA认证的可植入生物材料--聚氨酯,采用的3D打印技术是低温沉积(LDM)。与普通的FDM不同,LDM是在零度以下的环境中进行的,通常是在-20°C到-30°C的环境中进行,所以相分离是在打印结构内部进行的。结合冻干技术,可以在3D打印出的零件中获得多孔结构。
 
清华研究人员3D打印植入物可抑制HPV感染
植入物的多孔结构。图片来源:清华大学
 
  孔隙度在这里很重要,因为它可以让研究人员在植入物中装载抗HPV "JB蛋白"。为了修改和测试不同的孔隙度,研究人员在制造过程中简单地修改了温度曲线,并实现了各种导线间距。研究小组发现,孔隙度与蛋白质负载之间呈线性负相关,但蛋白质的释放率随孔隙度的增加而增加。研究人员发现,该蛋白能有效地抑制HPV进入宿主细胞,降低了HPV作为植入部位的活性。
 
  细胞毒性和细胞相容性试验也指出,植入物能鼓励细胞生长和粘附,修复愈合后的组织。在此基础上,力学测试返回的力学性能与原始宫颈组织相当--抗压模量为0.06-0.25兆帕。该结果有力地表明,3D打印技术可用于修复宫颈组织凝固后的宫颈组织,并抑制HPV复发感染。
 
清华研究人员3D打印植入物可抑制HPV感染
来自生物相容性试验的成像。图片来源:清华大学
 
  该研究的更多细节可以在题为 "具有蛋白释放功能的个性化宫颈组织植入物的设计、建模和3D打印 "的论文中找到。该论文由赵晨佳、王梓桐、陈华、纪景元、周振振振、方永聪、翁丁、吕璐、庞媛媛和孙伟共同撰写(以上名字皆为音译,如有出入敬请原谅)。
 
  近几个月来,3D打印的医疗植入物在AM研究中频频出现。今年4月,来自安大略省莫霍克学院和麦克马斯特大学的研究人员率先研究了一种钛合金Ti-5553是否适合3D打印骨植入物。植入体部位的细胞显示出了延伸和生长,表明这种新型合金作为骨植入体具有强大的潜力。在其他地方,在麻省理工学院,3D打印正在使用导电聚合物液体材料开发柔软的柔性脑电极。
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