《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Design and Fabrication of a 3D-Printed Coronary Poly (Lactic Acid) Stent with
In Vitro Characterization and Cytocompatibility Evaluation
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3D打印PLA支架的體外表征及生物相容性研究。采用LCD技術制備了多聚乳酸（PLA）支架，通過SEM、FTIR、DSC等分析證實其形貌均勻、化學性質穩定，并利用SVEC4-10內皮細胞評估了支架的細胞毒性和增殖相容性，結果顯示支架表面光滑且生物相容性良好，為心血管疾病治療提供新型可降解材料方案。
Saeideh Allahyari | Mohammad Khatami | Marjan Ghorbani | Seyed Mohammad-Amin Mousazadeh | Ali Shayanfar | Ali Nokhodchi
伊朗阿爾達比勒醫科大學藥學院藥劑學系
摘要
本研究旨在設計、制造并表征一種3D打印的聚乳酸（PLA）支架，并在體外條件下對其進行測試。此外，還評估了該支架的細胞毒性和細胞黏附/增殖能力。使用SolidWorks軟件設計了PLA支架，隨后通過液晶顯示（LCD）技術將其制作出來。采用掃描電子顯微鏡（SEM）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、差示掃描量熱法（DSC）、熱重分析（TGA）和固態核磁共振（NMR）等方法對打印出的支架進行了表征。實驗中使用了小鼠內皮細胞系（SVEC4-10）來評估細胞活力。結果表明，使用PLA樹脂成功設計并制造出了該支架。光學顯微鏡和SEM分析顯示，支架表面光滑且幾何形狀一致。FTIR、DSC、TGA和NMR分析確認，打印出的支架具有PLA的特征官能團和熱性能。該支架具有良好的生物相容性，能夠有效促進細胞附著。總體而言，這種LCD 3D打印的PLA支架顯示出作為生物相容性聚合物支架的潛力，值得進一步進行體內研究。
引言
世界衛生組織（WHO）多年來一直將冠心病列為全球主要的死亡原因之一。據估計，每年約有1700萬人死于心血管疾病，預計到2030年這一數字將上升至約2360萬[1]。心血管疾病與冠狀動脈疾病（CAD）密切相關。動脈粥樣硬化是一種由于動脈內壁斑塊積聚引起的疾病[1]。由此導致的動脈狹窄（狹窄）是一個日益嚴重的健康問題，主要發生在成年人和老年人群中，可能引發心肌梗死甚至死亡[2]。根據阻塞的嚴重程度，這些患者的治療方法可分為三種：冠狀動脈旁路移植、支架植入和球囊擴張[3]。由于手術風險較高、并發癥較多以及需要多次進行血管成形術，手術治療存在一定問題，且可能導致患者不滿。此外，當移植物使用超過三到五年后，發生并發癥和再狹窄的可能性會增加[3]。球囊擴張是一種成本效益較高的方法[1]，但其并發癥和血管再閉塞（再狹窄）的發生率也較高[3]。相比之下，支架植入的效果更好，再狹窄的發生率相對較低。自1986年第一種支架問世以來，支架市場的總價值已飆升至約70億美元，并預計每年增長超過5%[4]。盡管抗凝劑的使用管理可能是一個限制因素，但長期以來，這種疾病主要通過支架擴張而非靜脈移植來治療[5]。裸金屬支架（BMS）的應用帶來了重大變革，但該方法的主要并發癥是支架再狹窄和血栓形成[2][5]，大約30-40%的患者在支架植入后仍會出現這種情況[6]。
與球囊擴張相比，BMS能夠提供更強的動脈壁支撐，同時減少對血液循環的干擾。然而，這種金屬結構可能引發炎癥反應，從而導致動脈再閉塞[1]。鑒于BMS使用的復雜性，支架的生物相容性和低細胞毒性引起了研究人員的高度關注。生物相容性支架由特定聚合物制成，這些聚合物在特定時間后可溶解[7][8][9][10]。除了這些優勢外，選擇合適的聚合物和制造方法也是挑戰之一，因為需要能夠生產這些微小聚合物支架。聚乳酸（PLA）因其可生物降解性、生物相容性和較低的免疫原性等獨特性質，成為生物醫學應用的理想候選材料[9][11][12]。此外，純PLA的機械性能、拉伸強度和加工性也得到了認可[11][13]。
考慮到支架的精確性和復雜性，可以選擇液晶顯示（LCD）3D打印技術，利用光固化樹脂（聚合物）在紫外光照射下快速構建光滑且薄層結構，具有高分辨率[13]。使用LCD技術制造的3D打印聚合物支架在生物醫學應用中具有巨大潛力，包括治療狹窄或阻塞的血管、氣管狹窄的氣道支持以及組織工程中的臨時支架。由于其可定制的幾何形狀和可生物降解的特性，這類支架在兒科和個性化治療中尤其具有前景。然而，聚合物支架的制造方法也是一個需要研究的挑戰。目前有兩種制造方法：模塑和3D打印。模塑過程中支架網絡的不均勻性可能限制其功能[14]，而且模塑方法制造的支架內部可能存在空洞[14]。
作者假設3D打印技術可用于整個支架的制造，從而解決相關限制[16]。因此，本研究采用LCD方法打印了鉆石形狀的PLA支架。這種幾何形狀相比傳統設計具有多種優勢，提高了支架的柔韌性和徑向強度，使其更好地適應血管的自然彎曲。這種改進的機械性能有助于降低再狹窄風險，提升支架在冠狀動脈應用中的整體性能和使用壽命。此外，LCD 3D打印技術無需支撐結構，簡化了制造過程，使表面更加光滑。通過固態分析和細胞實驗研究了3D打印PLA支架的性能，以探索其在冠狀動脈疾病中的潛在應用。
本研究使用eSUN?（中國深圳）提供的PLA-Pro樹脂作為支架填充材料。這種灰色樹脂具有以下特性（表1），并儲存在ALTON 3D打印機的樹脂罐中。乙醇（純度96% v/v）從德國Merck公司購買。MTT（3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四唑溴化物）、二甲基亞砜（DMSO）和戊二醛從Sigma-Aldrich公司購買。巴斯德研究所還提供了小鼠胚胎成纖維細胞。
使用SolidWorks軟件和LCD打印技術設計并制造了聚合物支架（圖1）。在LCD 3D打印過程中，支撐結構對于確保打印成功至關重要。該方法利用紫外光固化液態樹脂層，與其他3D打印方法相比具有更高的精度和細節表現，但需要支撐結構在打印過程中穩定模型。打印過程中，每一層新樹脂都會牢固地附著在之前層上。
本研究采用LCD技術和PLA樹脂設計并制造了一種3D打印的聚合物支架。通過多種評估方法研究了該支架的體外特性。結果顯示，支架具有均勻的鉆石形狀和光滑的表面。此外，打印后的PLA材料化學性質保持不變，沒有分解跡象。細胞實驗表明，所制造的PLA支架表現出良好的生物相容性。
Saeideh Allahyari：撰寫初稿、數據驗證、資源收集、研究實施、數據整理。
Mohammad Khatami：撰寫與編輯、數據可視化、結果驗證、項目監督、方法設計、資金獲取、數據分析、概念構思。
Ali Shayanfar：軟件開發、數據分析。
Ali Nokhodchi：撰寫與編輯、數據可視化、結果驗證、項目監督、概念構思。
Marjan Ghorbani：結果驗證、軟件使用、方法設計、數據分析。
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作者聲明不存在可能影響本文工作的已知財務利益或個人關系。
數據可應要求提供。
本研究由伊朗阿爾達比勒醫科大學資助。
作者感謝阿爾達比勒醫科大學的相關人員為注冊論文（IR.ARUMS.REC.1402.401）提供的財務支持。
