东华大学何创龙/上交王金武、马小军团队：3D打印仿生支架用于骨修复！

来源：EngineeringForLife

组织工程骨支架良好的微观结构和生物活性，与骨缺损的再生效果密切相关。然而，对于大型骨缺损的治疗，大多数都不能满足足够的机械强度、高多孔结构、良好的血管生成和成骨活性等要求。

近日，受“花坛”特性的启发，东华大学何创龙教授、上海交通大学王金武和马小军合作通过3D打印和静电纺丝技术构建了一种富含纳米纤维团聚体的双因子输送支架，用于引导血管化骨再生。体内外实验结果均表明，该双因子递送支架具有良好的生物相容性，通过刺激内皮细胞和成骨细胞显著促进血管生成和成骨，并通过激活HIF-1α通路和免疫调节作用有效促进组织长入和血管化骨再生。总之，本研究为构建骨微环境匹配的骨再生仿生支架提供了一种有前景的策略。

一、支架材料的制备与表征
支架内的纳米纤维密度可以通过改变短纳米纤维浓度来调节。从宏观照片看SrHA@PCL支架相比PCL支架看起来更白。DMSNs/SrHA@PGP支架在与短纳米纤维组装后更容易获得。PCL支架显示平滑的纵向切片，而SrHA@PCL支架由于SrHA纳米颗粒的掺入而呈现粗糙的切面。DMSN的加入会增加纤维的粗糙度，减小纤维直径。当短纳米纤维的投料浓度为1 wt %时，复合支架表现出明显的多孔结构，纳米纤维结构相对松散。随着纳米纤维组分浓度的增加，分布的纳米纤维密度增大，孔径明显减小。与纳米纤维含量为4%的复合支架相比，纳米纤维含量为2%的复合支架具有明显的多孔结构，有利于细胞的生长。

图1 支架材料的制备与表征

二、复合支架对细胞增殖、迁移和管形成的影响
为了评估PGP，SrHA@PGP, DMSNs@PGP和DMSNs/SrHA@PGP支架的生物相容性，将BMSCs和HUVECs在支架上培养1、4和7天，结果显示，随着培养时间的延长，骨髓间充质干细胞的数量显著增加。培养7天后，吸光度比第1天的测量值增加了2倍左右。四组支架细胞存活率无显著性差异。此外，通过细胞核和肌动蛋白染色，共聚焦显微镜观察支架上HUVECs的增殖和形态。从荧光图像可以看出，随着培养时间的增加，支架上粘附的细胞数量显著增加。然后，通过试管形成实验研究了收集的条件介质对HUVECs功能的影响。孵育6 h后，观察到在Matrigel上形成不同程度的管状结构。更具体地说，荧光图像显示SrHA@PGP, DMSNs@PGP组和DMSNs/SrHA@PGP组血管管形成明显多于其他组。这些结果表明负载DMOG支架具有突出的促血管生成潜力。

图2 复合支架对细胞增殖、迁移和管形成的影响

原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c00598