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矽酸鈣/聚己內酯複合材料用於積層製造骨缺損修復應用開發

為了解決2017 E300 AMG的問題，作者林彥宏 這樣論述：

肇因外傷、惡性腫瘤或疾病感染所引起的大範圍骨缺損無法透過身體自癒機制來修復，其所稱之臨界骨缺損在臨床治療中仍為醫療迫切需求。目前以黃金標準的自體移植法仍存在諸多限制，異體移植及異種移植亦被詬病有排斥問題及感染風險。為開發作為骨移植替代物的支架（Scaffold），其材料的力學強度、降解性質以及對於細胞行為之影響，皆是在設計上需要考量的重點。隨著三維（3D）列印技術的廣泛應用，得以更易於操控支架的單元結構、孔洞大小及外觀形貌，因此有諸多文獻引入該技術作為支架開發之策略。以矽酸鈣（Calcium silicate，CS）為基底的材料是骨修復應用中最活躍的一類生物陶瓷，本研究主要目的是將CS結合高

分子開發成具有可列印性之複合材料並製備為多孔支架，探討在臨界骨缺損修復的應用潛力。研究中的第一部分，首先利用高溫燒結法將CS摻雜鎂（Mg）微量金屬元素，合成含鎂之矽酸鈣陶瓷（MgCS）。接著開發一種可將MgCS與聚己內酯（Polycaprolactone，PCL）簡易混合的方法，作為具有可列印性的複合材料漿料；該過程中無須毒化物的介入並可以在相對溫和的環境下製備。後續藉由直寫列印技術（Direct ink writing，DIW）在加熱環境下使漿料熔融並製備含有不同CS/PCL濃度比的支架。後續透過華通氏膠間葉幹細胞（Wharton’s jelly mesenchymal stem cells

，WJMSCs）測試其在支架上的貼附、增殖和成骨性能，以進一步證明採用3D列印所製備的多孔支架對於骨組織再生應用之可能性。然而以MgCS/PCL製備之支架有機械強度不足以及降解速率過快的問題。為改善此缺點，延續前一部分所建立的方法，研究的第二部分同利用高溫燒結法將CS摻雜鍶（Sr）微量金屬元素，合成含鍶之矽酸鈣陶瓷（SrCS），並將兩種複合材料漿料透過DIW構築在單一支架上；將MgCS/PCL設計在整個支架的外層作為快速降解，能夠更快引導周邊血關新生與新生骨長入，同時以強度較強的SrCS/PCL為中心支柱維持一定的強度，並闡述微量金屬元素可能在骨修復過程所參與之機轉。研究發現支架同時釋放的Mg

和Sr離子分別透過WJMSCs中的TRPM7和Wnt兩種不同的信號路徑來協同活化下游的PI3K/Akt通路，進而影響細胞的血管新生與成骨作用。研究中最終採紐西蘭白兔建立臨界性股骨缺損之模型，評估支架在體內試驗對於骨組織修復之效益，驗證採3D列印製程之骨支架於大範圍骨缺損應用的可能性。