東華大學莫秀梅教授等人：3D打印電紡纖維基軟骨再生支架

來源：易絲幫

三維(3D)纖維支架因為其纖維網絡可以有效地模擬ECM結構，調節(jié)細胞生物學行為，包括粘附、分化和基質沉積備受關注。靜電紡絲作為一種用途最廣泛的纖維制造技術，可用于制備可控制的納米纖維，可準確模擬ECM結構(如纖維膠原)。然而，電紡纖維通常形成具有小孔徑和低厚度的二維(2D)膜，而很難構建三維支架。3D打印是一種很有前途的技術，可以精確控制單個三維形狀和大孔(鏈間)的支架。然而，目前基于3D打印的支架大多缺乏纖維表面結構，無法有效地模擬天然ECM結構。將靜電紡絲技術與3D打印技術相結合，可以制備出具有個性化形狀、可控大孔、纖維表面結構的理想三維支架。但是，需要解決一下三個問題：1）需要將電紡纖維膜轉化為適用于短單纖維結構3D打印的油墨；2）需要實現短單纖維的高效粘接和纖維基油墨在3D打印過程中的均勻擠出；3）提高支架的力學性能，以維持原有結構。

圖1 多種電紡纖維支架的原理圖。(a)傳統(tǒng)纖維支架電紡纖維膜。(b)由分散電紡纖維經冷凍成型制成的三維纖維支架。(c) 3d打印纖維基支架的制備過程。

為了解決以上問題，近日，上海交通大學醫(yī)學院附屬九院周廣東教授和東華大學莫秀梅教授在期刊Materials&Design上共同發(fā)表一篇題目為“Three-dimensional printed electrospun fiber-based scaffold for cartilage regeneration”的文章。研究者將靜電紡絲、3D打印、冷凍干燥、交聯等技術相結合，成功地將靜電紡絲纖維制成了外觀形狀準確、大孔結構可控、力學性能良好的三維纖維支架。其制備過程如下，首先，通過電紡絲、脫水、均質化、蒸發(fā)干燥等步驟，將電紡絲纖維膜轉化為短單纖維粉末；其次，將纖維粉、透明質酸(HA)溶液、聚氧乙烯氧化物(PEO)溶液混合攪拌形成3D打印油墨；然后采用凍干交聯的方法提高支架的力學性能，保持原有結構。接著，對支架的力學性能、纖維形態(tài)和孔隙結構進行了表征，并利用體外和體內的軟骨再生模型進一步評價了組織再生的可行性。因此，本研究為多種仿生支架的設計和制備提供了一個研究模型。