构建硬材料和细胞一体化3D打印新技术和发现骨细胞Dll4调控骨髓基质细胞成骨分化

来源：生物设计与制造


本研究论文聚焦如何提高3D打印硬材料里细胞的存活率和控制细胞命运问题。3D打印硬材料可以适配骨的形状和加强力学支撑，本文设计了一种硬材料和细胞一体化3D打印技术体系，构建调控骨发育信号（Notch），引导骨髓基质细胞成骨分化的硬材料支架。建立了聚己内酯（PCL）和细胞集成3D打印系统（PCI3D），交互打印PCL束和负载细胞的水凝胶束，并形成网络通道，递送营养。PCI3D模块中细胞存活率超过87%，培养7天细胞增殖6倍。

骨细胞MLO-Y4过表达Notch配体Dll4，在PCI3D模块中与75%的基质细胞混合后占25%。与Dll1或Dll3等其他delta样家族成员不同，骨细胞Dll4促进小鼠原代和骨髓基质细胞系成骨分化和矿化（长达28天）。机制研究上，使用Cre重组酶条件性敲除原代骨髓基质细胞（BMSCs）Notch转录因子RBPjκ后，失去对骨细胞Dll4的应答，因而不能产生成骨分化。研究结果表明，骨细胞Dll4激活BMSCs的依赖于RBPjκ的经典Notch信号，促使BMSCs定向分化。此外，骨细胞Dll4显示促血管生成的潜力。骨细胞Dll4是决定细胞朝向成骨细胞分化的成骨微环境，将打破传统骨科植入物的生物活性低的局限，开辟应用新途径。

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图1 Graphic abstract


图2 PCI3D模块中细胞活力和增殖活性


图3 骨细胞Dll4促进PCI3D模块里细胞的成骨分化


图4 骨细胞Dll4促进PCI3D模块矿化


图5 骨细胞Dll4激活BMSCs中RBPjκ依赖的经典Notch信号，使其定向成骨细胞分化


图6 骨细胞Dll4促进血管生成