用于骨组织工程的可生物降解水性聚氨酯形状记忆弹性体

形状记忆聚合物（SMPs）是具有形状记忆效应的聚合物。可生物降解的SMPs是制造生物医学设备和组织工程支架的候选材料。最近有研究报道超顺磁氧化铁纳米颗粒（SPIO NPs）能够促进人类间充质干细胞（hMSCs）的成骨诱导。在本研究中，我们合成了水性可生物降解的形状记忆聚氨酯（PU），作为制造骨支架3D打印墨水的主要成分。该3D打印墨水中含有500 ppm的SPIO NPs，以促进成骨诱导和形状固定，同时也包含聚乙烯氧化物（PEO）或明胶，以改善可打印性。支架通过微挤出式低温熔融沉积制造（LFDM）平台打印。PU-PEO和PU-明胶墨水都显示出优良的可打印性。形状记忆特性在50°C空气和37°C水中进行评估。PU-PEO支架显示出比PU-明胶支架更好的形状固定性和恢复能力，而水中的形状记忆特性优于空气中的。hMSCs被接种以评估骨再生。PU/明胶和PU/明胶/SPIO支架中hMSCs的增殖大于PU/PEO和PU/PEO/SPIO支架，证实了明胶作为墨水粘度增强剂的更好兼容性。支架中SPIO NPs的逐渐释放促进了接种hMSCs的成骨。在支架中添加SPIO后，基于胶原含量，PU/PEO支架的成骨增加了2.7倍，PU/明胶支架增加了1.5倍。同时，在14天时，PU/PEO/SPIO支架中SPIO的释放速度快于PU/明胶/SPIO支架，与PU/PEO/SPIO支架中观察到的更好成骨效果一致。我们得出结论，具有形状记忆特性、可生物降解性和成骨效果的3D打印PU支架可以作为个性化骨替代物应用于微创手术程序，用于骨组织工程。