組織工程支架材料在骨組織再生修復中應(yīng)用前景廣闊，但由于前期血管化不足以及成骨誘導活性較弱的問題使其臨床應(yīng)用受限。相對于傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)，3D生物打印技術(shù)能精準控制生物材料、種子細胞和生長因子在特定空間的裝配，制造出仿生天然組織宏、微觀結(jié)構(gòu)以及再生微環(huán)境的生物修復體，是實現(xiàn)骨組織工程化構(gòu)建的理想途徑。但是，如何開發(fā)滿足骨再生需求的適配性生物墨水以及構(gòu)建偶聯(lián)血管化和骨再生作用的生物支架仍然需要深入研究。
近期，東華大學何創(chuàng)龍教授團隊根據(jù)細胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點和快速血管化的骨修復需求，利用3D生物打印技術(shù)構(gòu)建了一種促成骨、成血管和力學增強型的生物活性支架（圖1）。采用甲基丙烯；髂z（GelMA）和甲基丙烯；m糖膠（GGMA）作為生物墨水基質(zhì)材料，能夠負載人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）或骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs），進而通過光交聯(lián)和離子交聯(lián)的雙重交聯(lián)作用可制備出力學增強型的GelMA/GGMA支架。GelMA/GGMA復合墨水具有良好的可打印性，而具有雙網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的GelMA/GGMA支架表現(xiàn)出增強的力學性能。為了賦予支架成骨和成血管活性，利用醇質(zhì)體（Eth）裝載小分子藥物去鐵胺（DFO），從而3D打印構(gòu)建的生物活性支架（Eth-DFO@GelMA/GGMA）具有較好的藥物持續(xù)釋放效果（圖2）。體外細胞實驗表明，Eth-DFO@GelMA/GGMA支架可以通過刺激人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）的遷移、管狀結(jié)構(gòu)的形成和血管生成相關(guān)基因的表達（eNOS、HIF-1α和SDF1-α）來促進血管的生成，并通過上調(diào)骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）相關(guān)成骨基因的表達（Runx2、OCN、OPN和COL-1）和促進礦物基質(zhì)形成來增強骨的生成（圖3）。皮下埋植模型結(jié)果顯示，Eth-DFO@GelMA/GGMA支架顯著增強血管網(wǎng)絡(luò)的形成。此外，大鼠顱骨缺損模型的體內(nèi)實驗表明，復合支架可以通過激活缺氧誘導因子1-α（HIF1-α）信號通路促進血管生成和骨再生。因而，3D生物打印構(gòu)建的Eth-DFO@GelMA/GGMA支架可以同時兼顧血管與骨的生成，有望成為治療骨缺損的潛在材料。
圖4 體內(nèi)骨再生性能評價
- 東華大學何創(chuàng)龍教授團隊《Adv. Funct. Mater.》：3D生物打印支架重塑神經(jīng)調(diào)節(jié)微環(huán)境促進骨再生 2023-06-02
- 哈佛醫(yī)學院Y. Shrike Zhang課題組 PNAS：雙水相嵌入（生物）打印構(gòu)建無海藻酸、獨立、可灌注的超細和超薄壁管狀結(jié)構(gòu) 2023-02-07
- 東華大學何創(chuàng)龍教授團隊《Adv. Healthc. Mater.》：鈣離子通道阻斷劑緩釋支架通過抑制交感神經(jīng)激活促進骨缺損修復 2022-07-10
- 東華大學何創(chuàng)龍教授團隊 Chem. Eng. J.：抗菌生物活性支架發(fā)揮本征刺激與免疫調(diào)節(jié)活性共同促進血管化骨再生 2024-11-18
- 東華大學何創(chuàng)龍教授團隊 AHM：集成熒光和磁共振成像技術(shù)的生物活性支架用于“可視化”骨組織工程 2023-11-28
- 上海交大雷東、周廣東教授/東華大學游正偉教授 AHM：軟骨功能化3D打印PGS生物活性支架用于軟骨再生 2023-07-07
- 深圳大學微流控與軟物質(zhì)課題組 AFM：多材料DLP生物打印構(gòu)建具有可灌注網(wǎng)絡(luò)的多組分異質(zhì)水凝膠 2024-04-17
