一、研究背景

3D打印是一種新興的方法，通過計算機輔助設(shè)計模型，逐層鋪設(shè)粘性或固體材料，以獲得所需的幾何形狀，從而形成3D支架。該方法制備的3D支架具有足夠的孔徑和相互連接的多孔結(jié)構(gòu)，可增強生物醫(yī)學應(yīng)用所需的細胞附著、遷移和增殖。幾種3D打印技術(shù)正在應(yīng)用于生物醫(yī)學領(lǐng)域，包括激光輔助沉積、擠壓、熔融沉積建模（FDM）和噴墨打印，特別是用于骨再生和傷口愈合方法。其中，FDM是一種低成本，高速，方便的方法，涉及熔融熱塑性聚合物的擠出各種熱塑性聚合物，如聚氯乙烯、聚丙烯酰胺、聚己內(nèi)酯（PCL）、聚乙烯和聚乳酸-共羥基乙酸，已被研究用于FDM方法制造3D支架。[9,10]與天然聚合物相比，PCL具有優(yōu)異的可加工性、良好的生物相容性和較高的機械性能，是3D打印過程中最常用的線性脂肪族聚酯之一Hutmacher等采用FDM方法制作3d打印PCL支架。他們的結(jié)果表明，不同的分層模式改變了支架的力學行為。用原代人成纖維細胞進行的體外研究表明，在前2周，0/60/120°分層模式的體外細胞增殖高于0/72/144/36/108°。在另一項研究中，Teo等人研究了硫酸慶大霉素- PCL/磷酸三鈣3d打印支架在傷口愈合中的應(yīng)用。作者報道，加入15%硫酸慶大霉素的PCL/磷酸三鈣3d打印支架在2h內(nèi)降低了金黃色葡萄球菌的細菌活力，而支架對正常人真皮成纖維細胞（NHDF）沒有細胞毒性

靜電紡絲是一種從微到納米尺度形成無紡布纖維墊的通用、經(jīng)濟、傳統(tǒng)技術(shù)。這種電紡絲墊模擬細胞外基質(zhì)（ECM）結(jié)構(gòu)，促進細胞附著、增殖和分化。到目前為止，各種合成和天然聚合物已經(jīng)被紡成和設(shè)計成用于傷口敷料。例如，Rojara等制備了腰果膠多糖-聚乙烯醇電紡絲納米纖維，用于無疤痕傷口愈合。實驗結(jié)果表明，電紡絲納米纖維具有促進組織再生和愈合的潛力最近，Anaya Mancipe等人成功制備了核-殼納米纖維，其中含有疏水的PCL芯和親水的I型膠原/聚乙烯醇殼，用于慢性傷口治療

最近，研究人員專注于通過3D打印和靜電紡絲技術(shù)的結(jié)合來開發(fā)一種新的分層支架家族，以展示增強的機械性能、生物活性和生物醫(yī)學應(yīng)用的類似ecm的3D結(jié)構(gòu)。例如，Yu等人制作了由3D打印PCL結(jié)構(gòu)和PCL- gel靜電紡絲納米纖維組成的分層支架?；谒麄兊难芯拷Y(jié)果，3D打印和靜電紡絲相結(jié)合的方法增加了MC3T3-E1成骨前細胞的增殖。在另一項研究中，Choi等發(fā)現(xiàn)pcl -角蛋白分層支架不僅提高了雄性BALB/c小鼠的NHDF和HaCaT細胞活力，而且增加了再資本化的形成。在最近的一項研究中，Ghomi等人制作了用PCL/明膠/聚lysine纖維層增強的3d打印PCL支架作為傷口敷料。他們的研究結(jié)果表明，3D打印和靜電紡絲方法的結(jié)合改善了支架的力學性能，以及成纖維細胞和HaCaT細胞的活力

另一方面，在傷口愈合過程中，一個關(guān)鍵問題是由于微生物感染和過量活性氧（ROS）的形成而抑制愈合過程。因此，開發(fā)既能抑制細菌感染又能降低氧化應(yīng)激的抗菌抗氧化創(chuàng)面敷料具有重要意義。近年來，由于其抗菌、抗炎和抗氧化的特性，人們對使用天然植物治療劑如精油（EOs）在傷口愈合中的應(yīng)用越來越感興趣特別是薄荷油（PEP）和丁香油（CLV）是很有前景的植物治療藥物，可以促進傷口愈合，加速膠原形成，避免細菌感染的日益流行，減少氧化應(yīng)激。

本研究的目的是將3D打印和靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)含植物治療的分層支架。此外，本研究不僅關(guān)注多種制造技術(shù)組合的協(xié)同效應(yīng)，還關(guān)注精油在分層支架上的生物學效益。在這方面，3d打印的PCL支柱首先使用熔融沉積建模（FDM）制造，然后進行堿性表面改性以提高靜電紡納米纖維的附著力。最后一步，使用冰醋酸（GAA）作為“良性”（無毒）溶劑制備含有PEP或CLV的PCL- gel靜電紡絲納米纖維，通過靜電紡絲技術(shù)在3d打印的PCL上紡絲，以實現(xiàn)植物治療的分層支架。在此，研究了其微觀結(jié)構(gòu)、表面化學、力學行為以及抗菌、抗氧化、抗炎和生物相容性等生物活性。據(jù)作者所知，這是第一個研究植物治療性支架的研究，該支架由3d打印PCL結(jié)構(gòu)和PEP或clv結(jié)合的PCL- gel靜電紡納米纖維制成，用于傷口愈合應(yīng)用。

二、摘要

為了解決傳統(tǒng)抗生素的局限性，本研究的重點是通過三維（3D）打印和靜電紡絲的結(jié)合來開發(fā)含有植物治療劑的雜交支架，以提高機械性能并提供抗菌活性。在這方面，3d打印聚己內(nèi)酯（PCL）支柱首先使用熔融沉積建模（FDM）制造。然后，采用堿性表面處理提高靜電紡納米纖維的附著力。最后，通過靜電紡絲設(shè)備將薄荷油（PEP）或丁香油（CLV）加入PCL-明膠（GEL）靜電紡絲納米纖維收集在3d打印的PCL支架上。聚氯乙烯-凝膠靜電紡納米纖維中加入PEP或CLV可增強支架的層脫性和附著力。此外，DPPH自由基清除活性測定表明，加入PEP或CLV可提高支架的抗氧化性能。此外，抗菌活性結(jié)果表明，PEP或CLV支架對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有抑制作用。此外，抗炎實驗表明，支架可降低Raw 264.7巨噬細胞樣細胞釋放的一氧化氮（NO）濃度。另一方面，植物治療分級支架對正常人真皮成纖維細胞（NHDF）無毒性作用，PEP或CLV可增強細胞的附著和增殖?？偟膩碚f，將天然植物治療劑納入分層支架中顯示出推進傷口愈合應(yīng)用的希望。

三、結(jié)論

在本研究中，開發(fā)了具有抗菌、抗氧化和抗炎活性的植物治療分級支架。將PEP或CLV作為天然植物治療劑，增強了支架的生物相容性。植物治療劑結(jié)合電紡絲納米纖維被設(shè)計為支持生物活性，而微尺寸的3d打印支柱被設(shè)計為模擬天然ECM。結(jié)合不同的制造方法，如3D打印和靜電紡絲技術(shù)，利用協(xié)同效應(yīng)來生產(chǎn)這些植物治療級支架。將PEP或CLV摻入電紡絲納米纖維層中可以防止細菌感染，而改良的3D-PCL支撐電紡絲納米纖維層，模仿皮膚的天然結(jié)構(gòu)。此外，通過堿性水解進行表面改性，使靜電紡納米纖維層與3d打印PCL支板之間的附著力增強，有效地解決了層之間的分層問題。此外，DPPH自由基清除活性實驗表明，PEP或CLV的摻入增強了植物治療級聯(lián)支架的抗氧化性能；因此，它們可能是治療傷口愈合過程中氧化應(yīng)激的潛在生物材料。此外，基于體外抗炎實驗，我們觀察到PEP或clv納入的植物治療分級支架降低了Raw 264.7巨噬細胞樣細胞釋放的NO濃度，從而證實了這些支架增強的抗炎特性。結(jié)果表明，結(jié)合EOs，特別是CLV，可以被認為是一種方便的傷口愈合應(yīng)用方法。此外，目前的研究為分層分層結(jié)構(gòu)作為傷口敷料的設(shè)計提供了重要的見解，包括通過表面改性改善層之間的粘附性。分層植物治療支架可被視為不需要降解的傷口敷料，可能需要每3-7天更換一次，以提供抗感染保護，幫助控制氧化和炎癥，以及保持濕潤的傷口環(huán)境和吸收滲出液。綜上所述，目前的研究結(jié)果表明，將天然植物療法結(jié)合到分層支架中，不僅可以模擬天然組織結(jié)構(gòu)，還可以治療微生物感染和解決氧化應(yīng)激的影響，是傷口愈合應(yīng)用的一個有希望的發(fā)展。

圖1.A)打印過程中使用的熱塑性噴嘴的3d打印PCL支柱俯視圖、側(cè)視圖和數(shù)碼相機圖像示意圖，b) PCL的一般堿水解機理，c) 3d打印PCL支柱的堿水解處理，d)分層支架制作。

圖2.分級支架的SEM圖像：a、b)修飾的3d - pcl， c) 3D-PCL-GEL, f) 3D-PCL-GEL/PEP6, i) 3D-PCL-GEL/CLV6。