模块化微笼作为组织工程学支架的3D打印

供稿人:武文泽、高琳 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室

骨髓间充质干细胞(BMSC)具备分化为脂肪细胞、成骨细胞和软骨细胞等多种细胞类型的能力。负责骨重塑和再生的成骨细胞一直被认为可以治疗骨质疏松等疾病，也可以促进人工骨植入物周围形成新骨修复骨组织。通过在纳米尺度上设计骨种植体的二维表面形貌，可以促进植入物周围BMSCs的生长，从而增强骨愈合。骨的纳米孔表面形貌在诱导骨组织形成中起着关键作用。在骨植入物设计中，模拟自然骨的纳米孔表面形貌被认为可以诱导BMSCs向成骨分化，促进骨再生。

纳米孔的大小和纳米孔表面的粗糙度是决定干细胞分化的两个关键因素，但我们对每个因素各自的贡献研究很少。为了解决这个问题，哈佛大学的研究人员将骨髓间充质干细胞培养在具有可控纳米孔大小和粗糙度的二维纳米孔膜（硬度与皮质骨相似），研究其粘附、铺展和分化等行为。

图1.细胞实验的实验设计及细胞形态和局部粘附定量结果

表征了纳米孔膜的孔粒径大小和粗糙度，通过体外细胞实验证实增加纳米孔表面的粗糙度对细胞附着没有明显影响，只是轻微降低细胞扩散面积，抑制成骨分化。然而，在纳米孔较大的膜上培养的骨髓基质干细胞附着细胞明显减少，扩散面积明显增大。此外, 这些细胞培养更大的纳米孔进行增强的成骨分化表达更多的碱性磷酸酶、骨钙蛋白、骨桥蛋白等。这些结果表明，虽然纳米孔大小和粗糙度都可以影响BMSC的细胞反应，但是纳米孔的尺寸比粗糙度的作用更明显。

参考文献：
J X , Y Y , H W , et al. Decoupling the effects of nanopore size and surface roughness on the attachment, spreading and differentiation of bone marrow-derived stem cells[J]. Biomaterials, 248. doi: 10.1016/j.biomaterials.2020.120014