用于促进骨骼干细胞和前体细胞分化的含人类骨细胞外基质的纳米复合支架的生物制造

来源： 生物设计与制造BDM

自体移植或金属植入物经常被用于骨骼修复，然而，它们在提供长期临床疗效方面存在不足，因此需要提供功能性仿生组织工程替代方案。利用人体骨骼组织合成的仿生材料墨水进行骨骼组织的三维（3D）生物打印，以促进组织再生，被认为是一种具有潜力的制造方法。这种方法利用了人体骨骼细胞外基质（骨ECM）为人骨髓基质细胞（HBMSCs）提供适宜微环境，从而促进其增殖和向成骨细胞的分化。在本研究中，作者通过混合人体骨骼细胞外基质（B）、纳米粘土（Laponite®）和海藻酸盐（A）聚合物，采用挤出型沉积技术，开发了一种新型材料墨水（LAB）。这种纳米填料和聚合材料的引入增加了流变特性、可打印性和药物保留性，并且关键地保护了HBMSCs在打印过程中的存活能力。基于人体骨骼细胞外基质的复合材料3D 结构中引入了血管内皮生长因子（VEGF），并且在从离体鸡尿囊胚膜（CAM）模型中植入后增强了血管化作用。此外，结合骨形态发生蛋白-2（BMP-2）和HBMSCs组合后，进一步增强了血管生成和矿化。该研究证明了纳米粘土与仿生材料（海藻酸盐和骨ECM）的协同作用，从而在体外和离体实验中促进成骨组织的形成。这为个性化骨骼组织修复提供了一种有前景的新型3D生物打印方法。

图1 纳米粘土、海藻酸盐和人体骨骼去矿化以及去细胞化的新型生物材料墨水系统工程化联合

图2 复合墨水的物理特性表征

图3 纳米粘土基骨骼细胞外基质墨水的流变性质

图4 纳米复合骨-ECM墨水的打印精度

图5 人骨髓基质细胞（HBMSC）打印后的存活和增殖情况

图6 纳米粘土基墨水可以在CAM模型中支持VEGF的持续释放

图7 纳米复合骨-ECM支架在体外支持矿化

图8 3D打印含有BMP-2和人骨髓间充质干细胞的CAM植入