能够适配颅颌面（CMF）骨缺损并具有骨传导性和生物活性的支架材料备受关注。本实验方案描述了一种基于聚己内酯二丙烯酸酯（PCL-DA）的形状记忆支架的制备方法，该方法采用融合盐模板的溶剂浇铸-颗粒沥滤（SCPL）技术，并施加具有生物活性的聚多巴胺涂层。
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摘要
摘要
组织工程已被探索作为治疗临界尺寸颅颌面（CMF）骨缺损的一种替代策略。该方法成功的关键在于支架材料，其必须能够顺应性地贴合不规则缺损区域，同时具备必要的生物降解性、孔隙连通性以及生物活性。凭借其形状恢复和固定特性，形状记忆聚合物（SMP）支架可实现缺损的“自适配”。因此，在暴露于温热生理盐水（~60 °C）后，预压缩的多孔SMP支架可迅速恢复至其原始形状，从而紧密贴合缺损轮廓。 ºC），SMP支架将变得可塑，可手动按压至不规则缺损处。随后冷却（约37 ºC）可使支架在缺损处恢复至相对刚性的状态。为满足这些要求，本方案描述了通过光化学固化可生物降解的聚己内酯二丙烯酸酯（PCL-DA）并结合溶剂浇铸-颗粒沥出法（SCPL）制备形状记忆聚合物（SMP）支架的方法。采用熔融盐模板以实现孔隙的相互连通。为赋予支架生物活性，对其孔壁表面施加聚多巴胺涂层。对自适配性与形状记忆行为、孔隙连通性及 体外 还描述了生物活性。
引言
目前被认为是颅颌面（CMF）骨缺损治疗的金标准，自体移植骨的移植受到复杂移植操作、供区并发症以及材料来源有限的限制1。其中一个特别困难的问题是，如何将坚硬的自体移植物精确塑形并牢固固定于缺损部位，以实现骨整合并防止移植物被吸收。组织工程已被研究作为自体移植和合成骨替代材料（例如骨水泥）的一种替代策略2,3。组织工程方法成功的关键在于支架材料需具备一系列特定性能。首先，为实现骨整合，支架必须与邻近骨组织形成紧密接触4。支架还应具备骨传导性，允许细胞迁移、营养物质扩散以及新生组织沉积4,5。这一特性通常通过具有高度相互连通孔隙结构的可生物降解支架来实现。最后，支架应具备生物活性，以促进与周围骨组织的整合和结合5。
在此，我们介绍一种具有上述特性的组织工程支架制备方案。重要的是，由于该支架具有形状记忆特性，能够“自行贴合”不规则的颅颌面缺损。6热响应性形状记忆聚合物（SMPs）在受热时会发生形状变化7,8.SMPs 由“网络点”（netpoints）组成（即 化学或物理交联点）以决定其永久形状，以及“开关链段”，用于维持临时形状并恢复永久形状。这些开关链段具有一个热转变温度（T转）对应于玻璃化转变（Tg）或熔融转变（Tm聚合物）的....
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方案
1. 合成PCL-DA大分子单体
- 进行丙烯酰化反应。
- 称取20 g PCL-diol（Mn = ~10,000 g/mol）加入至 250 ml 配备聚四氟乙烯包覆磁力搅拌子的圆底烧瓶
- 将PCL-二醇溶解于二氯甲烷中。
- 向烧瓶中加入120 mL二氯甲烷（DCM）（浓度 = 0.17 g/mL）。
- 将橡胶隔垫松松地放入烧瓶口，以避免压力积聚，同时防止二氯甲烷蒸发。
- 搅拌溶液约 30 分钟 以约 250 rpm 的转速搅拌，直至聚合物完全溶解。
- 加入约 6.6 mg 的 4-二甲氨基吡啶（DMAP），搅拌至溶解。
- 将橡胶隔垫牢固地塞入烧瓶口。让溶液继续搅拌。
- 通过橡胶隔垫，用 N₂ 轻柔地吹洗烧瓶2 约 3 分钟 通过使用阳性N2 压力针入口和开放针出口。
- 去除 N2 进口和出口
- 加入 0.56 ml （4.0 mmol）三乙胺（Et3N）通过插入橡胶隔垫的针头，用玻璃注射器逐滴加入。
- 加入 0.65 ml 通过插在橡胶隔膜中的针头，用带针头的玻璃注射器逐滴加入8.0 mm....
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结果
所得的基于PCL的形状记忆多孔支架能够自适应贴合模型颅颌面缺损（图2）。经短暂温热盐水处理（约60 °C）后，圆柱形支架软化，可手动按压并扩张嵌入模型缺损中。冷却至室温后，支架固定于新的临时形状，并在从缺损中取出后仍保持该形态。
通过应变控制的循环-热机械压缩测试，以形状固定率（Rf）和形状回复率（Rr）来量化SMP支架的形状记忆行为（图3）。对于该基于PCL的SMP支架，在第1和第2次循环（N = 1和2）中的数值（%）分别为：Rf (1) = 102.5 ± 0.7，Rf (2) = 101.8 ± 0.3，Rr (1) = 95.3 ± 0.9，以及 Rr (2) = 99.8 ± 0.26。
通过扫描电镜成像观察，SMP支架呈现出高度相互连通的孔隙结构（图4A）。该结.......
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讨论
本方案描述了一种聚多巴胺包覆的聚己内酯（PCL）基支架的制备方法，该支架具有自适配性以及成骨诱导性和生物活性，因此在不规则颅颌面骨缺损的治疗中具有应用前景。本方案中的部分步骤可根据需要进行调整，以改变支架的多种特性。
该方案首先对PCL二醇进行丙烯酸酯化处理，以实现紫外光固化。在所报道的示例中，所用PCL二醇的分子量为n 约为 10,000 g/mol。然而，通过适当调整丙烯酰氯和 Et 的用量3N 在 PCL-DA 合成过程中使用，PCL-DA 是一种具有较高或较低 M 的 PCL 二醇n 可用于分别降低或增加交联密度。
融合盐模板是本实验方案中的一个重要组成部分（图1）。盐颗粒的平均尺寸决定了最终支架的孔径大小。在本示例中，盐的平均粒径为 ~460 ± 70 µm。虽然可以使用更小粒径的盐，但需注意，支架在最终热处理步骤中会发生收缩，从而导致孔径减小。通过筛分盐颗粒可减小盐粒径分布范围，进而降低孔径分布范围。为了制备具有高度.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者感谢德克萨斯农工大学&M大学工程与实验站（TEES）对本研究提供的经费支持。Lindsay Nail 感谢德克萨斯农工大学&M大学路易斯·斯托克斯少数族裔参与联盟（LSAMP）以及美国国家科学基金会（NSF）研究生研究奖学金计划（GRFP）。Dawei Zhang感谢德克萨斯A&M大学博士论文奖学金
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 聚己内酯二醇（Mn ~ 10,000 g/mol） | Sigma-Aldrich | 440752 | |
| 二氯甲烷（DCM） | Sigma-Aldrich | D65100 | 经4A分子筛干燥 |
| 4-二甲氨基吡啶（DMAP） | Sigma-Aldrich | D5640 | |
| 三乙胺（Et3N） | Sigma-Aldrich | T0886 | |
| 丙烯酰氯 | Sigma-Aldrich | A24109 | |
| 乙酸乙酯 | Sigma-Aldrich | 319902 | |
| 碳酸钾（K2CO3） | Sigma-Aldrich | 209619 | |
| 无水硫酸镁（MgSO4） | Fisher | M65 | |
| 氯化钠（NaCl） | Sigma-Aldrich | S9888 | |
| 2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮（DMP） | Sigma-Aldrich | 196118 | |
| 1-乙烯基-2-吡咯烷酮（NVP） | Sigma-Aldrich | V3409 | |
| 乙醇 | Sigma-Aldrich | 459844 | |
| 盐酸多巴胺 | Sigma-Aldrich | H8502 | |
| Tris缓冲液（2 mol/L） | Fisher | BP1759 | 使用浓度为10 mM，pH = 8.5 |
| 筛网 | VWR | 47729-972 | |
| 紫外透射仪（365 nm，25 W） | UVP | 95-0426-02 | |
| 离心机 | Eppendorf | 5810 R | |
| 动态力学分析仪（DMA） | TA Instruments | Q800 | |
| 高分辨率溅射镀膜仪 | Cressington | 208HR | |
| 扫描电子显微镜（SEM） | FEI | Quanta 600 |
参考文献
- Neovius, E., Engstrand, T. Craniofacial reconstruction with bone and biomaterials: review over the last 11 years. J Plast Reconstr Aesthet Surg. 63, 1615-1623 (2010).
- Elsalanty, M. E., Genecov, D. G. Bone grafts in craniofacial surgery. Craniomaxillo....
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