東華大學何創(chuàng)龍/上交王金武、馬小軍團隊：3D打印仿生支架用于骨修復！

來源：EngineeringForLife

組織工程骨支架良好的微觀結(jié)構(gòu)和生物活性，與骨缺損的再生效果密切相關(guān)。然而，對于大型骨缺損的治療，大多數(shù)都不能滿足足夠的機械強度、高多孔結(jié)構(gòu)、良好的血管生成和成骨活性等要求。

近日，受“花壇”特性的啟發(fā)，東華大學何創(chuàng)龍教授、上海交通大學王金武和馬小軍合作通過3D打印和靜電紡絲技術(shù)構(gòu)建了一種富含納米纖維團聚體的雙因子輸送支架，用于引導血管化骨再生。體內(nèi)外實驗結(jié)果均表明，該雙因子遞送支架具有良好的生物相容性，通過刺激內(nèi)皮細胞和成骨細胞顯著促進血管生成和成骨，并通過激活HIF-1α通路和免疫調(diào)節(jié)作用有效促進組織長入和血管化骨再生?？傊?，本研究為構(gòu)建骨微環(huán)境匹配的骨再生仿生支架提供了一種有前景的策略。

一、支架材料的制備與表征
支架內(nèi)的納米纖維密度可以通過改變短納米纖維濃度來調(diào)節(jié)。從宏觀照片看SrHA@PCL支架相比PCL支架看起來更白。DMSNs/SrHA@PGP支架在與短納米纖維組裝后更容易獲得。PCL支架顯示平滑的縱向切片，而SrHA@PCL支架由于SrHA納米顆粒的摻入而呈現(xiàn)粗糙的切面。DMSN的加入會增加纖維的粗糙度，減小纖維直徑。當短納米纖維的投料濃度為1 wt %時，復合支架表現(xiàn)出明顯的多孔結(jié)構(gòu)，納米纖維結(jié)構(gòu)相對松散。隨著納米纖維組分濃度的增加，分布的納米纖維密度增大，孔徑明顯減小。與納米纖維含量為4%的復合支架相比，納米纖維含量為2%的復合支架具有明顯的多孔結(jié)構(gòu)，有利于細胞的生長。

圖1 支架材料的制備與表征

二、復合支架對細胞增殖、遷移和管形成的影響
為了評估PGP，SrHA@PGP, DMSNs@PGP和DMSNs/SrHA@PGP支架的生物相容性，將BMSCs和HUVECs在支架上培養(yǎng)1、4和7天，結(jié)果顯示，隨著培養(yǎng)時間的延長，骨髓間充質(zhì)干細胞的數(shù)量顯著增加。培養(yǎng)7天后，吸光度比第1天的測量值增加了2倍左右。四組支架細胞存活率無顯著性差異。此外，通過細胞核和肌動蛋白染色，共聚焦顯微鏡觀察支架上HUVECs的增殖和形態(tài)。從熒光圖像可以看出，隨著培養(yǎng)時間的增加，支架上粘附的細胞數(shù)量顯著增加。然后，通過試管形成實驗研究了收集的條件介質(zhì)對HUVECs功能的影響。孵育6 h后，觀察到在Matrigel上形成不同程度的管狀結(jié)構(gòu)。更具體地說，熒光圖像顯示SrHA@PGP, DMSNs@PGP組和DMSNs/SrHA@PGP組血管管形成明顯多于其他組。這些結(jié)果表明負載DMOG支架具有突出的促血管生成潛力。

圖2 復合支架對細胞增殖、遷移和管形成的影響

原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c00598