中科院深圳先进院阮长顺团队 AFM:受石屋启发的3D打印策略构建微球3D图案化支架加速骨再生
2024-11-09 来源:高分子科技
超临界尺寸的骨缺损再生与重建仍是当前骨科临床面临棘手问题,主要受限于内源性细胞固有再生能力。物理微形貌以一种稳定而有效的方式,可使生物材料具有更强的骨传导性,引导细胞生长并修复超临界骨缺损。然而,如何在三维多孔支架中通过微表层物理结构调控促进骨传导仍具有挑战。
近日,中国科学院深圳先进技术研究院医药所阮长顺团队提出了一种受石屋启发的3D打印策略,以构建具有可调微形貌的微球3D图案化支架,用于加速骨再生。以聚(乳酸-co-乙醇酸)微球为“石头”,和海藻酸基水凝胶为“黏土”的定制复合生物墨水,通过3D打印构建具有稳定、可调的凹-脊微结构的组织工程支架。由于这种表面微结构,微球图案化支架能调节免疫反应,显著促进细胞募集、血管生成和骨生成,为组织工程与再生医学等领域提供新的思路(图1)。相关研究成果题为“A Stone-cottage-inspired Printing Strategy to Build Microsphere Patterned Scaffolds for Accelerated Bone Regeneration”发表在权威刊物Advanced Functional Materials上(Adv. Funct. Mater. 2024, 2417836)。
图1. 具有凹-脊微结构的微球图案化支架加速骨再生的示意图。
图2. 基于“Stone & Mortar”复合墨水及微球图案化支架的表征。
图3. 可调微形貌的微球图案化支架表征。
图4. 微球图案化支架的体外生物学评估。
图5. 小鼠皮下植入后细胞募集的体内分析。
图6. 支架植入兔颅骨缺损12周后骨再生的体内分析。
AU-PLGA支架表现出更好的骨传导及促骨再生修复能力。AU-PLGA支架增强骨再生能力显著优于AlgMA支架,并且随着AU-PLGA支架中微球直径的减小而显著增加(图6)。此外,AU-PLGA支架中新生骨体积分数(BV/TV)、新骨矿物质密度(BMD)和新骨表面积(BS)、小梁的数量(Tb.N)、小梁连接密度(Conn.D)和新骨形成的连接也随着微球直径的增加而减少。与 55μm 和 85μm 相比,25μm 宽的凹-脊微结构在修复骨缺损方面显示出更优的骨传导作用。从机理上讲,虽然细胞在早期阶段更喜欢粘附在宽度较大、模量较高的凹-脊微结构上,但后期这种凹-脊微结构也成为细胞生长的屏障,而宽度较小的微结构在后期阶段更有利于细胞的交流和分化。
论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202417836
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(责任编辑:xu)
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