Introduksiyon

Ang paggawa ng sintetikong mga materyales na buong - katapatang nagpaparami ng masalimuot na kayarian ng likas na buto ay kumakatawan sa isa sa pinakaambisyong hangganan sa siyensiya ng biopolitika. Ang buto ay hindi lamang isang static mineral na deposito kundi isang dinamiko at buháy na elemento na nag - uugnay sa organikong mga himaymay ng collagen, di - organikong mga kristal na hydroxyapatite, at mga sangkap ng selula sa iba't ibang sukat ng haba. Ang matagumpay na paggaya ng arkitekturang ito ay maaaring bumago sa medikal na mga kahalili, mga platforming platforming platform, at regulatorative therapy na mga paraan upang higit na na na na na na na na na na ang mga proseso ay higit pang - ang mga molekula ay higit na mas malapit sa paggawa, mas malapit sa mga molekulang ito.

Ang Arkitekturang Pang - Hierarkikal ng Likas na Buto

Ang natural na buto ay nagpapakita ng isang maingat na organisadong herarkiya na sumasakop mula sa macroscopic hanggang sa nanoscopic. Sa antas ng macro, ang buto ay nahahati sa siksik na butong cortical at butas - butas na butong cancellous, bawat isa ay may natatanging mekanikal na mga papel. Ang butong cortical ay nagbibigay ng istraktural na tigas, samantalang ang butong cancellous ay sumisipsip ng pagbangga at sumusuporta sa mga gawaing metaboliko sa pamamagitan ng trabecular network nito.

Sa antas na mikro, ang bawat volins cyclindrical units na binubuo ng concentric vocllae trough form ang mga building block ng cortical bone. Ang bawat volla ay naglalaman ng mga magkakahanay na copane na mga hibla na may halong hydroxyatite na mga kristal. Sa nanoscale, ang mga molekulang collagen ay sariling-assemble sa fibril na may katangiang may katangiang limpatiko at nufacteria na may katangiang numerikal. Ang mga fibriya ay gumaganap lamang ng katangiang organiko at di-biotiko ay may katangiang nukleo na may katangiang nukleetiko.

Malawakang inilarawan ng mga mananaliksik ang multi-scale na arkitekturang ito gamit ang mga pamamaraang gaya ng X caltraray diffraction, scanning electron microscopy, at at atomic force microscopy. Ang pag-unawa sa mga relasyong ito sa biyolohiya ay mahalaga sa pagdidisenyo ng sintetikong mga analogue na nagrereresulta sa kayarian at mekanikal na pag-uugali ng buto. Ang mga Nature Materials ay naglalarawan kung paanong ang mga prinsipyo ng disenyo ng buto ay maaaring magbigay ng inspirasyon sa bagong mga materyal na disenyo.

(Wegst et al., 2020).

Mga Pangunahing Hamon sa Sintetikong Pag - ulan ng Buto

Sa kabila ng mga dekada ng pananaliksik, napakahirap pa ring gayahin ang mga mikrobyong gaya ng stacial complexing, anupat kontrolado ang eksaktong pagkakahanay at pagkakasunud - sunod ng mga sangkap sa iba't ibang sukat ng katawan.

Ang nabubuhay na buto ay laging binabago ng osteoclasts at osteoblast bilang tugon sa mekanikal na mga dalahin at mga kemikal sa katawan.Ang mga sintetikong materyales ay hindi lamang biocompatiable kundi pinasisigla rin nito ang mga selula na makapasok, mag - ugat, at unti - unting mag - remodeling.

Isa pa, ang kalakalan ng mga seramik na may enerhiya at bioactivity ay nagpapasalimuot sa materyal na disenyo. Ang mataas na antas ng paggawa ng maraming sangkap ay maaaring masyadong madaling maimpluwensiyahan o mapahina ng mga elementong hydroxyapatite pero madaling matrikula at mahirap baguhin ang disenyo.

Mga Estratehiya sa Masalimuot na Disenyo

Pagkabigo ng Bomimetic Scaffold

Ang mga pamamaraan sa paggawa ng karagdagang mga aparato ay nagpapabago sa paggawa ng mga stafficulture ng buto. 3D na kumokontrol sa pore, porosity, at interconnectivity, ginagaya ang arkitekturang trabecular ng butong cancellous. Halimbawa, ang mapamiling laser sintering at inclusion modeling ay maaaring lumikha ng mga stacial implant na may nakaugaliang mekanikal na mga katangian.

Ang pag - i - elektropinning ay isa pang mabisang paraan para makagawa ng mga stufflick na kahawig ng collagen network. Sa pamamagitan ng paggamit ng mga coin concent, boltahe, at collect geometry, ang mga mananaliksik ay makagagawa ng magkakahanay na hibla na gumagabay sa oryentasyon ng selula at sa paglalagay ng mga selula.

(Li et al., 2021).

Ang Sariling Ambisyon ay Asimply at ang Molekular Engineering

Ang kalikasan ay gumagamit ng sarili nitong phystassembly upang gumawa ng boneific errorr mula sa indibiduwal na mga molekulang tropocollagen. ang mga kimikong synthetic ay nagkaroon ng peptide amphiles at iba pang mga molekulang organiko na maaaring magresulta sa sarili nito na maging mga nanofiber, hydrogels, o likidong calclass. Ang mga sistemang ito ay maaaring idisenyo upang makapagharap ng espesipikong mga hudyat na pangkimika gaya ng RGD sequences o mga salik na pampalaki na nagtataguyod ng o o stagegenesis.

Ang isang magandang pamamaraan ay gumagamit ng DNA na mga gastrong pang - alis ng mga polymer molle upang i - template ang deposito ng mga kristal na hydroxyapite sa isang kontroladong oryentasyon. Sa pamamagitan ng hindi pagkilos ng calcium calpbindides sa isang scaffold, nagawa ng mga mananaliksik ang mineralisadong mga hibla na may kristal na pagkakahanay na katulad ng likas na buto.

Komposito at mga Binibining Materyal

Ang mga baeific na hindi-linear na pag-uugaling mekanikal ay bumabangon mula sa kanyang elementong kompleks at ang makinis na transisyon sa pagitan ng iba't ibang mga rehiyong estruktura. ang synthetic na mga elemento na nagsasama ng polymer mutual fertrix gaya ng polycaprolactone o polycactone(lactic calcoptic quco calco calcanism) na maaaring magkalkula ng organikong ratiogenor ng katutubong buto. Ang mga pagsulong na paggawa ng mga elementong may klasipikasyon ay pumapayag ngayon na ang nilalamang bolakesa mula sa loob na madami mula sa loob tungo sa calcanentrcan, ang mga calcum phosphagomikong phosphagomiko ay maaaring maging calcan mula sa transpormasitive boneorg.

Ang mga admitenteng materyales ay tumatalakay rin sa problema ng stress sa insect stage interfaces. Kapag ang modulus ng isang implant na posporo na gaya ng sa nakapaligid na buto, ang paglilipat ng karga ay mas pisyolohikal, binabawasan ang stress shield. Ang mga cruit na may maliliit na butas ay ipinakita upang pagbutihin ang buto sa paglaki at mekanikal na katatagan.

(Chen et al., 2021).

Kinasihang mga Panimpla ng Hierarkikal

Ang mga balot sa ibabaw na gumagaya sa nanotopograpiya ng buto ay maaaring magpaganda ng osseointegration nang hindi binabago ang laki ng mga katangiang mekanikal. halimbawa, ang mga pamamaraang gaya ng aodization, hydrothermal treatment, at ang layer na calmonby calculater assembly ay lumilikha ng nanocated na mga ibabaw na may mataas na ibabaw na bahagi at nagpapaganda sa wettabiliture.

Ang isa pang estratehiya ay gumagamit ng biomimetic mineralization, kung saan ang mga implant ay pinahiran ng isang suson ng amatite na kahawig na kahawig ng mineral sa buto. Ang simulated body fluid (SBF) ay karaniwang ginagamit upang magdeposito ng buto na parang apatite, ngunit ang proseso ay maaaring maging mabagal.Ang mga balot na ito ay maaari ring maging sanhi ng pagbilis ng mineralisasyon sa pamamagitan ng pagsasama ng polyelektrolyte multilayers o mga platometro na umaakit ng kalsiyum at phosphate ion. Ang mga balot na ito ay maaari ring magsilbing tagapagdala ng mga gamot na o mga salik na panlaban sa mga o mga salik na sanhi ng o paglaki.

Mga Gamit sa Regenerative Medicine

Ang ultimong tunguhin ng mga materyales sa buto na ginagamit sa paggawa ng mga molekula ay palitan o muling baguhin ang napinsalang buto, sa mga stattical stack para sa balakang, tuhod, at gulugod ay nangangailangan ng mga materyales na mabilis na nagkakakabit at nakatatagal sa mga cyclic loading.Ang mga stuffoldment ng hierarchical na may kontroladong porosity ay nagpapahintulot sa mabilis na paglaki ng mga ugat at buto, binabawasan ang mga panahon ng paggaling.

Sa operasyong craniofacial, ang mga stuffold ng pasyente ay dinisenyo mula sa CT scan upang punan ang masalimuot na mga depekto sa buto. mga materyales na organiko na unti - unting bumababa at napapalitan ng katutubong himaymay na nag - aalis ng pangangailangan para sa pag - aalis ng tumubong mga bahagi ng katawan. Para sa mga baling walang kinalaman sa mutasyon, ang mga hindi naiiniksiyong hydrogel na naglalaman ng sarili nitong mga calcassembling peptides at seramik na mga nanoparticle ay maaaring punuin ang di - regular na butas at itaguyod ang paggaling.

Bukod sa pagkukumpuni ng istraktura, ang mga materyales na ginagamit sa buto ay pinag - aaralan bilang mga plataporma para sa paghahatid ng droga at paggamot sa kanser.

Mga Tagubilin at Nag - uugnay na mga Technologies sa Hinaharap

Ang maunlad na paggawa ng mga gusali ay patuloy na nagtutulak sa mga hangganan ng monogensiyal na mga pragmento. Apat na phytopsiyonal na pag - iimprenta ang nagpapabago ng hugis o katangian sa paglipas ng panahon bilang tugon sa pangganyak upang mag - alok ng potensiyal para sa dinamikong mga stuffold na nakababagay sa kapaligirang nakapagpapagaling.

Sa pamamagitan ng pag - iisip ng mekanikal at biyolohikal na mga pagtugon, mahuhulaan ng mga mananaliksik kung aling kombinasyon ng porosidad, pagkakahanay ng hibla, at nilalamang mineral ang makagagawa ng pinakamahusay na pagtatanghal, anupat mababawasan ang pangangailangan para sa eksperimento sa analogan at calterror.

Halimbawa, ang paggamit ng mga mesenchymal stem cell o ang pag - aayos ng mga selula o cell callivedived factors ay magpapabilis sa pamumuo ng mga ugat at pagbuo ng buto bago ang pag - iimprenta ng mga buto.

Itinatampok ng isang pasulong na pananaw sa pagsusuri sa ang siyensiya kung paanong ang pagsasama ng sintetikong kimika at biyolohiya ng selula ay hahantong sa mga materyales na dinamikong nareremodel tulad ng likas na buto

(Mitragori et al., 2020).

Pagsasaayos

Ang pag - aayos ng likas na buto sa sintetikong mga materyales ay isang napakalaking hamon na nangangailangan ng pagtutulungan sa pagitan ng mga materyales, kemistri, biyolohiya, at inhinyeriya.

Habang ang mga teknolohiyang gaya ng 4D printing, pagkatuto ng makina, at mga nabubuhay na materyales ay lumalaki, ang agwat sa pagitan ng sintetiko at natural na buto ay patuloy na lumiliit.Ang sukdulang surficial survival na mga resulta ng pasyente, nabawasang mga operasyon sa rebisyon, at ang kakayahan na muling baguhin ang masalimuot na mga depekto sa buto ay gumagawa sa isa sa pinakakawili - wili at nakakaapektong mga dako ng modernong biopocals research.