庆大霉素释放多孔支架有限元臆造出来的gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

多孔复合支架oligolactide-hydroxyapatite stereolithographic制造获得的。庆大霉素是涂支架之后,达到抗菌治疗骨感染交付能力。研究的支架立体显微镜、SEM和gydF4y2BaμgydF4y2Ba图中显示一个秩序井然的孔隙结构均匀的孔隙分布和孔隙互连。支架的物理和机械性能。结果表明,不仅孔隙度,而且脚手架结构管理中发挥了重要作用支架的强度。一个好的脚手架设计可以创造适当的定位孔的方式加强支架结构。药物输送的多孔支架也使用微生物鉴定分析。释放支架的庆大霉素显示延长药物释放率的水平高于最低抑制浓度gydF4y2Ba金黄色葡萄球菌gydF4y2Ba和gydF4y2Ba大肠杆菌gydF4y2Ba两周。它表明支架作为当地的一个潜在的抗生素交付,以防止细菌感染。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

在过去的十年里,生物可降解材料基于聚乳酸(PLA)都进行了广泛的研究是组织工程支架。不同的制造技术已经申请了多孔支架适合骨组织工程包括溶剂铸造、冷冻干燥和相分离gydF4y2Ba1gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba7gydF4y2Ba),但他们都遭受限制在控制支架的结构。孔隙度和孔隙大小,在骨质形成过程中,扮演着一个关键角色,很难复制当支架制作的技术。最近,制造方法使用有限元等固体自由格式的技术(SLA)已经证明生产支架的优点与可控多孔结构。计算机控制的凝固的液体聚合物在光辐照,分层技术,展示了独特的能力正是制造微型支架与各种体系结构和微观结构设计(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在我们之前的工作中,复合树脂oligolactide和羟磷灰石(HA),可以通过photoinitiated聚合交联是获得支架通过SLA制造工艺与设计模式(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。装配式脚手架似乎提供适当的条件支持骨细胞的生长和分化,使它们可能适用于骨组织工程。这些支架的使用作为骨植入物,然而,可能会遇到一个并发症细菌感染导致的炎症破坏骨(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba),因此治疗的失败。注射用抗生素在治疗骨感染手术失败后,因为不足的地方渗透的系统性管理。此外,高剂量的全身抗生素超过所需的最小抑制浓度骨折部位引起系统性毒性(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。因此,传授支架交货抗生素似乎为系统管理提供一个更好的选择。通过这种方式,高抗生素浓度是本地交付给植入网站。它减少了交货时间,避免抗生素浓度的波动通过血液循环,并消除政府与潜力的高剂量的全身抗生素副作用和系统性毒性。尽管各种脚手架使用SLA报告生成支持细胞增殖(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba17gydF4y2Ba,gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba22gydF4y2Ba),只有少数报告调查这些控制结构支架作为药物输送载体。gydF4y2Ba

在这项研究中,SLA工艺应用于制造oligolactide / HA支架拥有相同的孔隙度,但是毛孔方向略有不同。庆大霉素通常用来解决骨感染的问题被选为模型药物负载在这些支架。多孔drug-releasing支架被追究脚手架结构力学性能的影响以及药物输送能力。gydF4y2Ba

2。材料和方法gydF4y2Ba

2.1。支架制备gydF4y2Ba

支架的尺寸5×5×3毫米是捏造使用有限元装置配备3 w紫外激光器在波长355纳米和70年gydF4y2BaμgydF4y2Ba米激光光斑大小(模型:SLL2020 RP医学实验室,MTEC泰国)。光固化树脂作为支架材料(L) 4 lm /吨55公顷生产在我们的实验室gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。树脂是由4-arm-methacrylated oligolactide (Mn = 1420克/摩尔)和三甘醇利用(从Esschem Inc .)的重量比1:1,加上公顷(来自Taihei化工、日本)55% wt的树脂。gydF4y2Ba

三个木支架,横向变化为12.5gydF4y2BaμgydF4y2Ba25米,gydF4y2BaμgydF4y2Ba50米,gydF4y2BaμgydF4y2Ba孔隙度和500 m,有71%gydF4y2BaμgydF4y2Ba米孔隙大小设计使用计算机辅助设计(CAD),如图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。建筑参数设定在3.70毫米/秒的速度和层厚度为150gydF4y2BaμgydF4y2Bam。制造后,所有支架都是异丙醇清洗和后固化在紫外线辐射内阁的1 h和沸腾在蒸馏水90°C 1 h。消毒了支架在25 kGy的伽马射线。gydF4y2Ba

立体显微镜下观察支架的结构(蔡司模型Stemi 2000)和场发射扫描电镜(su - 8030模型,日立仪器Inc .)。gydF4y2Ba

2.2。孔隙度测量gydF4y2Ba

支架的孔隙度是衡量阿基米德和图像处理方法。对于阿基米德方法,每个支架重干(W1)使用分析天平(模型gr - 200, A&D有限公司)配备一锅让暂停质量测量。脚手架当时重悬浮在蒸馏水(W2),这在空气中完全被水浸透的脚手架又重(W3)。支架的孔隙度是决定如下:gydF4y2Ba

对于图像处理方法,支架的三维x光图像获得使用microcomputed断层扫描(gydF4y2BaμgydF4y2BaCT模型:gydF4y2BaμgydF4y2BaCT 35, SCANCO医疗AG)与体素同位素分辨率为6.0gydF4y2BaμgydF4y2Bam。在扫描进行了x射线的能量45 177千伏峰值和电流gydF4y2BaμgydF4y2Ba答:SCANCOgydF4y2BaμgydF4y2BaCT软件被用来分析图像和支架的孔隙度计算如下:gydF4y2Ba 电视=总容积的脚手架和SV =固体体积的脚手架。gydF4y2Ba

2.3。压缩试验gydF4y2Ba

支架是压缩使用万能试验机(英斯特朗公司)5943年模型,十字头1.0毫米/分钟的速度。至少5支架进行了测试和平均抗压强度破坏时。支架的抗压强度(CS)是计算如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaFgydF4y2Ba=最大负载在牛顿和打破gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba=试样在压缩平方毫米。gydF4y2Ba

直线部分的斜率的应力-应变图是记录为抗压模量(CM)。gydF4y2Ba

2.4。gydF4y2Ba在体外gydF4y2Ba庆大霉素释放支架gydF4y2Ba

加载了庆大霉素的支架在溶液中浸泡40毫克/毫升硫酸庆大霉素(一般药物的房子、泰国)和保持在真空下10分钟(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。层流罩下的支架被左完全干燥。载药能力计算如下:gydF4y2Ba W1 =支架的重量和W2 = drug-incorporated支架的重量。gydF4y2Ba

一个洗脱的研究来确定抗生素的释放特性。磷酸缓冲盐(0.1 M PBS, pH值7.4)作为溶解介质。每个支架(gydF4y2Ba )在1.0毫升的PBS孵化24小时37°C。解散PBS收集和1.0毫升新鲜PBS每24 h添加35天。解散整除都保持在−20°C到分析。筛选了庆大霉素浓度在微生物鉴定它的特征gydF4y2Ba枯草芽孢杆菌gydF4y2Ba(写明ATCC 6633)被播种在抗生素中没有。5 (Difco) (gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。标准庆大霉素与无菌水稀释浓度的0.05,1,4,20和40gydF4y2BaμgydF4y2Ba克/毫升。每个样本进行筛选了一式三份。筛选了抗生素的浓度是由标准曲线外推法。下限分析的灵敏度为0.05gydF4y2BaμgydF4y2Ba克/毫升。gydF4y2Ba

2.5。统计分析gydF4y2Ba

结果表示为平均值±标准错误的意思。统计计算使用SigmaPlot 11.0。数据研究了组间方差分析和比较了使用图基测试。测试的统计差异gydF4y2Ba 的水平。gydF4y2Ba

3所示。结果gydF4y2Ba

3.1。脚手架制造gydF4y2Ba

建立支架立体显微镜下的图像和三维结构由microcomputed断层扫描(gydF4y2BaμgydF4y2BaCT)数据中所示gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和gydF4y2Ba3gydF4y2Ba,分别。支架结构和孔隙连通性良好的相关性与相应的CAD图纸(图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba每个支架模式)被观察到。更详细的结构支架显然是扫描电镜所示。见图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba统一的大孔隙,从300 - 340gydF4y2BaμgydF4y2Bam均匀布置了为每个支架的模式。除了大孔隙,微孔隙与孔隙尺寸在1 - 5gydF4y2BaμgydF4y2Bam尺寸范围以及均匀分散的HA棒也观察到在所有脚手架例如如图所示gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3.2。物理特性gydF4y2Ba

支架的物理特性,孔隙度、抗压强度、压缩模量、和载药能力测定报道在表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。虽然与更少的比例,显气孔率计算从阿基米德原理与孔隙度由协议gydF4y2BaμgydF4y2BaCT的略高孔隙度得到的横向转移增加。统计分析了支架的孔隙度明显高于50gydF4y2BaμgydF4y2Ba比的12.5 m的转变gydF4y2BaμgydF4y2Ba支架(gydF4y2Ba )。高的支架孔隙度有较高的载药能力。12.5之间的情节相比,应力-应变gydF4y2BaμgydF4y2Ba25米,gydF4y2BaμgydF4y2Ba50米,gydF4y2BaμgydF4y2Ba米支架图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba显示支架的脆性特征。没有明显差异在抗压模量三种类型的支架。有趣的是,明显最高抗压强度(gydF4y2Ba 50)被观察到gydF4y2BaμgydF4y2Bam脚手架,最高的孔隙度。gydF4y2Ba

3.3。药物释放gydF4y2Ba

每日发布的庆大霉素gentamicin-impregnated支架由微生物鉴定图所示gydF4y2Ba7gydF4y2Ba。微生物的结果表明,药物涂层支架上后仍积极。看到,庆大霉素遵循典型的药物释放的释放,一个初始破裂释放在几天之后,缓慢释放在接下来的3周之前达到平衡。于所有脚手架庆大霉素天1和2是明显高于其他天(gydF4y2Ba )。然而,释放庆大霉素与3支架没有显著差异(gydF4y2Ba )。gydF4y2Ba

4所示。讨论gydF4y2Ba

支架的设计和制造一个高度多孔结构和足够的力学性能是骨组织工程中最重要的问题之一。此外,抗生素如庆大霉素加载到支架将有利于在当地植入手术后给药,以防止细菌感染。在这项研究中,柴堆支架与高度相互关联的毛孔被SLA技术设计和制造。oligolactide / HA复合材料已被先前报道他们的生物相容性gydF4y2Ba16gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba18gydF4y2Ba)被用作支架材料。所有的支架,根据CAD模型,孔隙大小为500gydF4y2BaμgydF4y2Bam和71%孔隙度略有不同取向的毛孔。毛孔的设计作为直接叠加垂直通道但横向转移对每个层播种时促进细胞诱捕细胞支架。支架构建的图像从立体显微镜观察,SEM,gydF4y2BaμgydF4y2BaCT显示符合CAD图纸,均匀的孔隙大小、孔隙互连,指示SLA的强大的技术制造定义良好的支架结构。然而,孔的尺寸不匹配的CAD图纸。这主要是由于分辨率的损失SLA中制造过程HA粒子的光散射。因此,支架似乎较小的孔隙大小(300 - 340年gydF4y2BaμgydF4y2Ba米)设计图纸,从扫描电镜就是明证。CAD模型和建立支架之间的不匹配可能会纠正包括material-scattering因素连同其他规模影响因素的尺寸精度CAD软件在建筑脚手架。获得300 - 340gydF4y2BaμgydF4y2Ba米孔隙大小,然而,在尺寸范围,可以提供足够的空间来容纳细胞增殖和分化成熟的骨细胞(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba,gydF4y2Ba25gydF4y2Ba,gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。此外,1 - 5的微孔gydF4y2BaμgydF4y2Ba米也改善骨骼生长支架通过增加成骨细胞的表面积附件。gydF4y2Ba

较小的孔隙大小,整体竣工支架的孔隙率将低于71%,基于500年的计算值gydF4y2BaμgydF4y2Ba孔隙大小。两种技术,阿基米德方法gydF4y2BaμgydF4y2BaCT成像,被用来评估支架孔隙度。均显示孔隙度结果正如所料,不到71%,显气孔率由阿基米德原理被发现低于计算孔隙度gydF4y2BaμgydF4y2BaCT。获得的孔隙度gydF4y2BaμgydF4y2BaCT可能是更准确的。这种技术构建支架图像从其相应横截面段。因此,支架的内部结构,包括孔隙尺寸和孔隙互连完全评估,使得更准确的孔隙度测定。此外,丙交酯的疏水性质可能会导致空气被困在支架导致一些错误时应用阿基米德原理。的孔隙度结果从32到38%gydF4y2BaμgydF4y2BaCT是相当接近40%的总孔隙度计算基于300年从CAD模型gydF4y2BaμgydF4y2Ba孔隙大小。尽管有如此低的孔隙度,几乎没有任何问题与营养物质和废物流促进骨细胞的生长支架以来所有的毛孔都完全连接。gydF4y2Ba

机械强度通常具有负与孔隙度(gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。在这项研究中,观察到不同的机械强度和孔隙度之间的关系。发现了抗压强度随着孔隙率的增加而增加,表明不仅孔隙度,而且脚手架结构管理中发挥了重要作用支架的强度。好的脚手架设计可以允许脚手架多孔高,抗压强度高。在所有的脚手架,50gydF4y2BaμgydF4y2Bam-shifted脚手架代表最优结构。它产生了抗压强度为9.24±1.91 MPa高于之前报道保利(lactide-co-glycolide)骨头和软骨支架(gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]。高机械强度的结构表明,50gydF4y2BaμgydF4y2Bam脚手架是适当的在促进在脚手架荷载传递。这是体现在应力-应变曲线(图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba50)的显示能力gydF4y2BaμgydF4y2Ba米支架断裂前吸收能量和主要变形。结果还暗示改变方向的结构或毛孔内支架可能是一种改善支架的强度的方法。gydF4y2Ba

通常情况下,孔隙度高的脚手架预计在促进入口释放介质,从而提高药物释放。在这项研究中,发现不同支架的庆大霉素发布类似,虽然略有增加孔隙度在较大的脚手架外侧的转变。脚手架彻底吸附庆大霉素以来,即使在支架通过真空辅助方法,它暗示,孔隙度的差异三个支架模式不大可能施加影响药物的释放。进一步调查的孔隙度对药物释放的影响可能需要支架结构很大程度上不同的孔隙度或从一个另一个。gydF4y2Ba

然而,所有在延长药物释放支架显示一个潜在的抓捕。的疏水性质lactide-based支架阻碍了水介质的访问内部支架导致药物保留长期释放。初始破裂释放来自药物位于支架的外表面会满意杀死细菌,并持续释放的低数量的药物在抑制细菌生长的支架都是有益的。所有脚手架的释放庆大霉素浓度高于最低抑制浓度(麦克风)gydF4y2Ba金黄色葡萄球菌gydF4y2Ba(写明ATCC 29213) 1 - 15天gydF4y2Ba大肠杆菌gydF4y2Ba(写明ATCC 25922)天1-13麦克风在0.5和1gydF4y2BaμgydF4y2Ba克/毫升gydF4y2Ba,gydF4y2Ba分别为(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。因此,药物支架准备在这个研究可以作为骨支架与交付抗生素消除和防止细菌感染的能力一定长时间。gydF4y2Ba

5。结论gydF4y2Ba

oligolactide / HA支架的使用SLA过程得到高度有序的多孔结构均匀的孔隙分布。支架结构的设计是至关重要的在获得高的多孔支架力学性能相关的骨支架的应用程序。所有支架显示一个潜在的长期庆大霉素释放。因此,这些支架可以作为当地运营商抗生素交付,以防止细菌感染。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突有关的出版。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

这项工作是财政支持的国家金属和材料技术中心(批准号- 13 - 00142页)。作者感谢先生Adisak Promwicha (TMC)的技术管理中心,为他的援助与扫描电镜成像。gydF4y2Ba

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