支架是骨组织工程的重要组成部分，其关键功能是在缺陷部位提供临时的机械支撑，并为细胞生长提供合适的环境。随着人工骨支架的深入研究，在满足可降解性和生物相容性等基本要求的同时，如何提升支架机械性能、赋予其骨诱导性同时构建低密度多孔结构成为骨支架研究的重点。基于此，天津工业大学李婷婷副教授与台湾逢甲大学林佳弘特聘教授和台湾亚洲大学楼静文特聘教授合作， 在凹凸不平的PVA/PLA编带表面采用超声电沉积法制备羟基磷灰石涂层，扩展了纺织结构在骨组织工程领域的应用，取得了系列研究成果（Journal of Materials Science (2019)；Materials Science and Engineering: C 105 (2019) 110062. Nanomaterials 9(5) (2019) 679.）基于前期研究成果，研究团队提出使用壳聚糖（CS）、聚乙烯醇（PVA）和聚乳酸（PLA）等材料，利用纺织结构和冷冻干燥技术构建出一种具有分级孔隙的芯-壳支架。并在此基础上改进其性能，制备出一种既满足力学性能要求，又拥有骨诱导能力，同时具备良好细胞相容性的可降解骨支架。以上研究成果以“Two-step strategy for constructing hierarchical pore structured chitosan–hydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering”为题发表在期刊Carbohydrate Polymers上。

  文章通过生物可降解PVA/PLA复合纱线制成了中空的复合编带，将CS溶液注入编带，将编制结构和冷冻干燥出的多孔海绵结构结合，制备出一种芯-壳结构的骨支架。用生物陶瓷HA混入CS中，通过改变其含量(0-2%)，制备CS/HA-PVA/PLA编带支架。通过低温等离子体（CAP）处理，经由两步法获得了分级孔隙骨支架。 

图1 (1) CS / 1.0wt%HA核-壳结构冻干骨支架的芯部 SEM 图和孔径分析；(2) 芯-壳结构冻干骨支架表面 SEM 图：(a)  纯 CS；(b) 0.5wt%HA；(c)  1.0wt%HA；(d) 2.0wt%HA

图2(a-c) 压缩测试；(a)应力-应变曲线，(b) 压缩强度，(c) 压缩模量

图3（a-b）CAP 处理前后骨支架浸泡 SBF 10 天后 SEM 图：(a) 纯CS；(b) CS/1.0wt% HA ；(c) CS（CAP）；(d)  CS/1.0wt% HA(CAP）

  在 CAP 处理和添加 HA 颗粒后，支架的表面析出HA晶体更多更均匀，形成了大且完整的 HA 晶球颗粒。表明分级孔隙结构对于骨支架的体外矿化能力有良好的提升作用，小于10μm 的微孔拥有更高的粗糙度，可以为 HA 晶体的析出提供更好的形成环境。

图4 (1) 在支架上培养 3 天的 MC3T3-E1 细胞形态的 SEM 显微照片：（a-c） CS / HA；（d-f） CS / HA（CAP ）；(2) 用 MTT 法检测 MC3T3-E1 细胞在支架上 3 天和 5 天的存活率

  CAP 处理后，多级孔隙结构骨支架的细胞存活率显著提高。5 天时，CAP 处理后的 CS/1.0wt% HA 支架细胞存活率大幅上升至 277.6%，通过SEM观察细胞形态，表明在纯 CS 支架上进行生物陶瓷添加和等离子体处理可进一步增强细胞粘附。

  论文链接： https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.117765