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  3D打印技術(shù)能夠構(gòu)建精準(zhǔn)化和個(gè)性化的骨再生修復(fù)支架。海藻酸鈉(SA)是一種被廣泛用于3D打印制造組織工程支架的海洋多糖材料，它有著來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、生物相容性好，凝膠化速度快且易于3D構(gòu)建等優(yōu)點(diǎn)。但是，單組分的SA機(jī)械性能較差，SA支架容易坍塌不易成型，這限制了它在骨缺損修復(fù)支架的應(yīng)用。埃洛石納米管(HNTs)是高嶺土族的粘土礦物，也是一種天然的一維納米材料，因?yàn)榫哂歇?dú)特的中空管狀結(jié)構(gòu)、高的長(zhǎng)徑比、來(lái)源廣和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，是許多高分子的納米增強(qiáng)填料。通過物理共混法將SA和HNTs結(jié)合，用3D打印技術(shù)制備出高性能的骨缺損修復(fù)支架具有光明的應(yīng)用前景。

  近日，暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院劉明賢教授團(tuán)隊(duì)與廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院趙名艷老師合作，將SA與HNTs通過物理混合得到生物墨水，并用3D打印技術(shù)及高溫?zé)Y(jié)的加工方法制備出具有良好的成形性、生物相容性和成骨活性的SA/HNTs骨修復(fù)陶瓷支架。該研究成果以“Three-dimensional Printed Sodium Alginate Clay Nanotube Composite Scaffold for Bone Regeneration”為題發(fā)表在Composites Science and Technology（影響因子9.1，一區(qū)TOP）期刊上。暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院研究生周友全、廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院高翔助理研究員為該論文共同第一作者，廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院趙名艷副研究員、暨南大學(xué)劉明賢教授為共同通訊作者。

  本工作采用實(shí)驗(yàn)室自行改裝的商業(yè)3D打印機(jī)。如圖1a所示，SA和HNT混合得到SA/HNT油墨。將設(shè)計(jì)好的模型用3D打印機(jī)打印完成后，用CaCl₂將其轉(zhuǎn)化為水凝膠，得到SA/HNTs水凝膠。最后，對(duì)水凝膠進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，得到SA/HNTs陶瓷。合適的粘度是墨水可打印性和成型性的關(guān)鍵。圖1b中，當(dāng)SA的濃度增加，SA/HNTs的復(fù)合材料逐漸從液體轉(zhuǎn)變?yōu)榭沙尚托�，但是�?dāng)SA的濃度增加到8%時(shí)，墨水出現(xiàn)干皺的情況。另外，如圖1c和圖1d所示，為了保證墨水能從微小的針頭順利擠出，評(píng)測(cè)了不同比例的SA/HNTs墨水的剪切變稀和剪切屈服特性。結(jié)果表明，SA/HNTs墨水隨著SA的濃度從低到高(4-8%)，同樣表現(xiàn)出典型的剪切變稀和剪切屈服特性。在圖1c中，在剪切速率0.1 s^-1時(shí)，隨著SA濃度從4%增加到8%，墨水粘度從823.7 Pa·s增加到3410.4 Pa·s；在圖1d中，當(dāng)剪切應(yīng)力1 Pa時(shí)，隨著SA濃度從4%增加到8%，G’從586.5 Pa增加到2976.4 Pa，這表明隨SA含量增加，SA與HNTs形成了更強(qiáng)的相互作用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。另外，當(dāng)剪切速率從0.1 s^-1增加到103 s^-1，剪切應(yīng)力從1 Pa增加至10³ Pa時(shí)，SA/HNTs墨水所有比例的粘度急劇下降幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這說(shuō)明在剪切速率和剪切應(yīng)力增加時(shí)SA/HNTs墨水都表現(xiàn)出剪切稀化和剪切屈服特性。此外，對(duì)SA/HNTs的粘彈性也進(jìn)行了測(cè)試。如圖1e，在振蕩頻率掃描測(cè)試中，當(dāng)SA的濃度從4%增加到8%時(shí)，SA/HNTs墨水的G’和G’’都明顯增加，不過SA/HNTs墨水都仍具有類固體性質(zhì)(G’>G’’)。因此，結(jié)合材料的粘彈性、剪切變稀和剪切屈服特性，選擇7:35的SA/HNTs墨水作為3D打印模型的濃度。

  為了進(jìn)一步驗(yàn)證7:35的SA/HNTs墨水的打印性能，同樣測(cè)試了墨水的循環(huán)應(yīng)變時(shí)間掃描(圖1f)。當(dāng)受到高(200%)至低(1%)應(yīng)變循環(huán)處理時(shí)，墨水表現(xiàn)出“液-固”轉(zhuǎn)變性質(zhì)。在低應(yīng)變時(shí)，SA/HNTs墨水表現(xiàn)出類固體性質(zhì)；當(dāng)高應(yīng)變時(shí)，墨水表現(xiàn)為類液體性質(zhì)，這對(duì)SA/HNTs作為3D打印墨水是十分有利的。此外，該墨水在50℃以下不影響墨水流變狀態(tài)。

圖1 SA/HNTs支架的制備及SA/HNTs墨水的流變性能。SA/HNT陶瓷支架的制備示意圖(a)；SA/HNT油墨的流變?cè)囼?yàn),不同SA濃度下SA/HNT油墨的圖像(b)；不同SA濃度下油墨的表觀粘度隨剪切速率的函數(shù)(c)， G ''隨剪切應(yīng)力的函數(shù)(d)， G ''和G "隨振蕩頻率掃描的函數(shù)(e)；7:35 SA/HNT油墨的循環(huán)階躍應(yīng)變掃描測(cè)量(f)

  通過流變測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨著SA的濃度提升，SA/HNTs墨水的粘度逐漸提升。為了研究SA與HNTs之間的相互作用力，對(duì)SA/HNTs墨水進(jìn)行了Zeta電位、XRD、紅外以及XPS表征。圖2a是HNTs和SA/HNTs的Zeta電位圖。結(jié)果表明，當(dāng)SA逐漸加入至HNTs后，相比于HNTs，整個(gè)復(fù)合體系的電性先是平穩(wěn)后再負(fù)電性增加。這是因?yàn)镾A呈負(fù)電性，由于靜電引力中和了HNTs內(nèi)表面的部分電荷。除了靜電引力外，還有氫鍵作用，圖2b是SA、HNTs與SA/HNTs的紅外光譜圖。SA的C=O伸縮振動(dòng)和HNTs的Al-OH伸縮振動(dòng)分別從1594 cm^-1和3692 cm^-1移動(dòng)到1616 cm^-1和3699 cm^-1。HNTs的Si-O-Si伸縮振動(dòng)也從1005 cm^-1移動(dòng)到1014 cm^-1。這可能是由于SA與HNTs之間形成了氫鍵(O-H…O)。因?yàn)镾A含有豐富的含氧極性基團(tuán)(-OH、-COO-、C-O-C)，可以與HNTs表面的Al-OH和Si-O-Si產(chǎn)生氫鍵相互作用。圖2c是SA、HNTs與SA/HNTs的XRD圖。HNTs的衍射峰出現(xiàn)在12.3^o、20.1^o和25^o，分別對(duì)應(yīng)于HNTs的(001)、(020、110)、和(020)晶面。由于其無(wú)定形結(jié)構(gòu)，純SA沒有明顯的峰。通過比較，SA/HNTs保留了HNTs的晶體結(jié)構(gòu)。

  為研究材料表面的相互作用，對(duì)SA/HNTs和HNTs進(jìn)行XPS光譜掃描(圖2d和圖2g)。HNTs的特征能譜峰出現(xiàn)在103.1 eV和74.1 eV處，分別對(duì)應(yīng)的是Si2p和Al2p電子軌道。在SA/HNTs的譜圖中，也同樣存在Si2p和Al2p電子軌道的特征峰，并且SA/HNTs光譜中的1068.1 eV處新出現(xiàn)的Na1s峰，表明SA成功摻入HNTs中。隨后再對(duì)SA/HNTs和HNTs的精細(xì)譜Si2p和Al2p進(jìn)行分析。如圖2e和圖2h，HNTs的Si2p光譜在103.01 eV 和103.52 eV存在兩個(gè)峰，分別歸屬于Si-OH和Si-O鍵，而在加入SA之后，SA/HNTs的Si2p光譜的Si-OH和Si-O鍵的結(jié)合能增大，分別位于103.15 eV和103.68 eV。同樣，如圖2f和圖2i，Al2p的兩個(gè)峰在75.08 eV(Al-OH)和74.58 eV(Al-O)也分別移動(dòng)到75.33 eV和74.83 eV，表明當(dāng)加入SA后，由于氫鍵相互作用，Si-OH、Si-O鍵和Al-OH、Al-O鍵周圍環(huán)境發(fā)生了變化。

  圖2j形象說(shuō)明了SA和HNTs存在的界面作用，SA溶液帶負(fù)電，會(huì)與HNTs帶正電的管內(nèi)腔表面發(fā)生靜電引力作用。另外，由于SA分子鏈中含有豐富的含氧極性基團(tuán)(-OH、-COO-、C-O-C)，極易與HNTs形成氫鍵。正因?yàn)殪o電引力和氫鍵作用的存在，使SA與HNTs存在很強(qiáng)的界面作用，從而使SA/HNTs墨水具有可打印性和能保持一定的形狀。

圖2 SA與HNTs的相互作用。HNTs和SA/HNTs的Zeta電位(a)；SA、HNTs和SA/HNTs的FTIR光譜(b)和XRD譜圖(c)；HNTs (d)、SA/HNTs (g)的XPS譜圖及其對(duì)應(yīng)的高分辨率XPS Si2p譜圖(e和h)和XPS Al2p譜圖(f和i)；HNTs與SA相互作用示意圖(j)

  為了使打印出來(lái)的模型強(qiáng)度更高，利用鈣離子溶液使SA/HNTs墨水交聯(lián)成SA/HNTs水凝膠，從而增強(qiáng)其機(jī)械性能。如圖3a，用鈣離子交聯(lián)后得到的7:35 SA/HNTs水凝膠的抗壓強(qiáng)度達(dá)1165.9 KPa，所能承受的應(yīng)變?yōu)?4.8%。而單組分7 wt%的SA水凝膠的抗壓強(qiáng)度只有97.8 KPa，所能承受的應(yīng)變僅為49.2%。SA/HNTs水凝膠相比于SA水凝膠具有更高的壓縮強(qiáng)度和壓縮應(yīng)變。此外，通過循環(huán)壓縮測(cè)試進(jìn)一步驗(yàn)證SA/HNTs水凝膠的壓縮性能(圖3b-d)，結(jié)果表明，SA/HNTs水凝膠具有更高的彈性。在循環(huán)壓縮時(shí)，壓縮應(yīng)變不斷增加(10-60%)，SA/HNTs水凝膠在循環(huán)的過程中沒有被破壞，在整個(gè)循環(huán)壓縮過程具有很好的形變能力，而SA水凝膠在循環(huán)進(jìn)行至50%的應(yīng)變時(shí)，循環(huán)的應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)折點(diǎn)，這說(shuō)明SA水凝膠被破壞，形變彈性能力不及SA/HNTs水凝膠。另外，將SA/HNTs水凝膠制成一維的細(xì)絲進(jìn)行拉伸測(cè)試，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)絲能夠承受200 g的重物且其拉伸強(qiáng)度達(dá)394.0 KPa(圖3e-f)。而SA水凝膠，因?yàn)槠漭^弱的機(jī)械性能，無(wú)法進(jìn)行拉伸性能測(cè)試。SA/HNTs水凝膠機(jī)械性能較好的原因可能有三個(gè)：(1) SA溶液與鈣離子相遇時(shí)，SA分子的G單體就會(huì)與鈣離子螯合，形成穩(wěn)定的“蛋-盒模型”；(2) HNTs與SA混合后，HNTs和SA的靜電作用和氫鍵作用；(3)帶負(fù)電的HNTs和帶正電鈣離子存在靜電作用，從而促進(jìn)SA和鈣離子交聯(lián)。正是這三個(gè)原因，使得SA/HNTs水凝膠具有相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，這十分有利于3D打印模型的成型。

  接著用SEM對(duì)3D打印的支架模型進(jìn)行了觀察。對(duì)于3D模型，所有的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)均是由針孔擠出的一條條細(xì)絲逐層打印而成，因此首先對(duì)3D打印細(xì)絲進(jìn)行了SEM測(cè)試(圖3g)。凝膠表面分布著大量的HNTs，而SA則像“膠水”一樣將HNTs纏結(jié)在一起。有趣的是，打印出來(lái)的3D模型中埃洛石表現(xiàn)出取向排列特性。圖3h是網(wǎng)格狀SA/HNTs水凝膠的SEM俯視圖，可知HNTs和SA的分布情況與上述細(xì)絲一樣，表明在打印的過程中，逐層打印并不會(huì)破壞其表面的形態(tài)。通過對(duì)其表面進(jìn)行元素掃描，表面的C、O、Al、Si和Na元素的均勻分布，說(shuō)明HNTs和SA充分均勻的混合和分散。圖3i是SA/HNTs水凝膠的SEM截面圖，從截面的形態(tài)看，HNTs在其內(nèi)部交叉分布，SA在HNTs之間均勻分布，HNTs管之間形成類三角的結(jié)構(gòu)，支撐著整個(gè)結(jié)構(gòu)，這可能是SA/HNTs相比于它們的單組分具有較強(qiáng)的流變性能、機(jī)械性能和可打印性的一個(gè)原因。

圖3 SA/HNT水凝膠的力學(xué)性能和掃描電鏡。水凝膠的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線(a)；不同壓縮循環(huán)下，7 wt% SA (c)和SA/HNT水凝膠(d)的壓縮特性 (b) 和壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。在SA/HNTs水凝膠的細(xì)絲(直徑為2mm)上懸掛200 g的重量(e)；紗線細(xì)絲的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(f)；SA/HNTs水凝膠的細(xì)絲(直徑為0.26 mm)的SEM照片(g)；水凝膠在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像(俯視圖)及其元素分布圖 (h)以及剖面圖(i)

  借助CAD軟件設(shè)計(jì)模型，通過3D打印機(jī)的實(shí)際測(cè)試，7:35的SA/HNTs墨水能夠逐層打印出具有各種幾何形狀的3D模型且具有良好的成型性，例如五角星、JNU字母、鼻子和耳朵模型(圖4a)。為了進(jìn)一步證明SA/HNTs水凝膠的打印保真度，通過打印傾斜角度為45^o和60^o的梯形模型對(duì)其形狀保真度進(jìn)行驗(yàn)證。如圖4b所示，梯形的預(yù)設(shè)長(zhǎng)度和角度與最終打印出來(lái)的值相比，實(shí)驗(yàn)值僅略低于理論值。值得注意的是，所打印的長(zhǎng)方條和五角星由于其良好的柔韌性可以抵抗大的彎曲和扭曲變形。基于上述結(jié)果，SA/HNTs墨水可作為具有高形狀保真度和良好柔韌性的優(yōu)良打印材料。為了驗(yàn)證SA/HNTs水凝膠的燒結(jié)前后的收縮情況，將已確定尺寸的3D打印的圓柱形SA/HNTs水凝膠置于馬弗爐，等待燒結(jié)程序結(jié)束后，比較其燒結(jié)前后高度和直徑的變化。其燒結(jié)前圓柱形SA/HNTs水凝膠的高度和直徑的實(shí)驗(yàn)值分別為11.9 mm和7.9 mm，而當(dāng)燒結(jié)后這兩個(gè)數(shù)值分別變?yōu)?.8 mm和5.1 mm，高度和直徑的收縮率約為65%。后續(xù)將通過收縮比例設(shè)計(jì)模型，在高溫?zé)Y(jié)后即可得到了理想尺寸的模型(圖4c)。

  圖4d和圖4e是不同放大倍數(shù)下，SA/HNTs陶瓷支架的SEM照片及其C、O、Al、Si和Na元素圖像以及支架斷面的SEM圖。通過與圖3g和圖3h對(duì)比，SA/HNTs表面的HNTs結(jié)構(gòu)已被高溫破壞，但是仍可以觀察到HNTs取向的存在，且表面的元素仍均勻分布。另外，在斷面圖中，HNTs仍然是交叉分布，相較于表面的HNTs管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的HNTs管狀結(jié)構(gòu)保持得更好，這是由于外部的HNTs對(duì)內(nèi)部形成了一個(gè)保護(hù)作用。此外，因?yàn)楦邿裏Y(jié)使聚合物降解的緣故，可以看到SA/HNTs陶瓷支架中SA的已被完全碳化。

圖4 SA/HNT支架的3D打印與燒結(jié)。代表圖像的印刷五點(diǎn)恒星,JNU信件,鼻子模型,和耳朵模型(a);實(shí)驗(yàn)和理論的比較值的長(zhǎng)度,寬度,高度,和梯形角結(jié)構(gòu)斜坡的45°和60°(b);SA / HNT水凝膠的網(wǎng)格和牙齒結(jié)構(gòu)燒結(jié)前后外觀(c);SA / HNTs陶瓷支架表面的SEM圖像（d）、元素Mapping圖(d)，支架斷面視圖(e)

  通過在SA/HNTs陶瓷支架上培養(yǎng)BMSCs以驗(yàn)證SA/HNTs陶瓷支架的生物相容性。圖5a是用CCK-8檢測(cè)試劑盒檢測(cè)細(xì)胞活力得到的細(xì)胞活力圖，無(wú)論是培養(yǎng)24 h還是48 h，SA/HNTs陶瓷支架細(xì)胞活力均超過80.0%，符合生物安全要求。如圖5b是在SA/HNTs陶瓷支架上培養(yǎng)BMSCs 24和48 h后用Calcein-AM/PI試劑盒染色的熒光圖像。從熒光圖像可以看到將細(xì)胞在支架上培養(yǎng)24和48 h后，SA/HNTs陶瓷支架的表面上觀察到了大量活細(xì)胞。另外，48 h與24 h相比活細(xì)胞數(shù)量都大大增多，表明SA/HNTs陶瓷支架細(xì)胞相容性好。如圖5c中，用LSCM觀察了BMSCs在SA/HNTs陶瓷支架上的鋪展行為。在支架上培養(yǎng)24 h后，支架上的細(xì)胞觀察到了少量偽足，且細(xì)胞鋪展面積較小，表明此時(shí)細(xì)胞已經(jīng)開始鋪展。細(xì)胞培養(yǎng)48 h后，發(fā)現(xiàn)在支架上的細(xì)胞的偽足均顯著增多，且細(xì)胞鋪展面積也顯著增大。類似地，用SEM觀察BMSCs在SA/HNTs陶瓷支架上的鋪展行為也得到同樣的結(jié)果(圖5d)。LSCM和SEM圖像說(shuō)明了細(xì)胞在48 h后已經(jīng)開始在支架上鋪展，支架并不會(huì)影響細(xì)胞的生長(zhǎng)甚至細(xì)胞能夠在其表面很好地生長(zhǎng)。SA/HNTs陶瓷支架克服了原來(lái)細(xì)胞在SA水凝膠表面難以黏附的缺點(diǎn)，原因可能是HNTs的加入以及燒結(jié)使支架表面的粗糙度增加，從而提高了細(xì)胞的附著力。

  采用ALP活性和鈣沉積分析SA/HNTs陶瓷支架上的細(xì)胞成骨分化能力，圖5e分別是BMSCs在支架上培養(yǎng)7和14天的ALP結(jié)果。培養(yǎng)7天后，發(fā)現(xiàn)支架表面的ALP有少量褐色沉積，當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)至14天時(shí)，支架上的褐色沉淀數(shù)量增多，表明ALP活性在逐漸增強(qiáng)；圖5f是BMSCs在支架上培養(yǎng)14和21天的鈣沉積的結(jié)果。培養(yǎng)14天后，用茜素紅染色發(fā)現(xiàn)支架表面觀察到紅色礦化沉積。當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)至21天時(shí)，細(xì)胞數(shù)量增多并在支架空隙間已連成一片膜，支架上有大量的紅色礦化沉積物生成，存在較多的鈣沉積簇。鈣沉積的定量分析結(jié)果直觀的反映了隨著時(shí)間的增加，支架上細(xì)胞的鈣沉積能力的增強(qiáng)。如圖5g-j PCR結(jié)果所示，在SA/HNTs陶瓷支架上培養(yǎng)7和14天Runx2、OPN、COL-I和OCN基因的相對(duì)表達(dá)量與對(duì)照組相比均顯著增加。培養(yǎng)14天的基因相對(duì)表達(dá)的量與培養(yǎng)7天相比也明顯增加且具有顯著性差異。SA/HNTs陶瓷支架對(duì)BMSCs具有很好的成骨活性，使其在骨缺損修復(fù)應(yīng)用上具有很大的潛力。

圖5 SA/HNT陶瓷支架的生物相容性研究SA/HNT陶瓷支架上培養(yǎng)24和48小時(shí)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞細(xì)胞活力(a)、熒光染色圖像(b)、LSCM圖像(c)和SEM圖像(d);SA/HNT陶瓷支架上培養(yǎng)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的ALP (e)和茜素紅(f)染色。SA/HNT陶瓷支架培養(yǎng)7、14 d時(shí)，Runx2 (g)、OPN (h)、CoL-I (i)、OCN (j)的相對(duì)基因表達(dá)量(*P< 0.05，**P< 0.01)

  為了驗(yàn)證SA/HNTs陶瓷支架體內(nèi)骨缺損的修復(fù)能力，將陶瓷支架植入大鼠顱骨缺損處，圖6a是大鼠顱骨修復(fù)的對(duì)照組和植入SA/HNTs陶瓷支架組植入圖。6和12周后，通過Micro-CT評(píng)估SA/HNTs陶瓷支架在體內(nèi)骨缺損的修復(fù)能力，結(jié)果表明在手術(shù)后空白組和支架組均有新骨生成，其中支架組新生骨生成面積大于空白組(圖6b)。大鼠顱骨缺損部位的骨密度(BMD)和BV/TV的定量分析結(jié)果也證明了支架組新生骨優(yōu)于對(duì)照組(圖6c)。將SA/HNTs陶瓷支架植入6和12周后，通過HE和Masson染色在骨-植入物界面處評(píng)估新骨形成情況。HE染色情況如圖6d所示，在第6周，與對(duì)照組相比，SA/HNTs陶瓷支架組有更厚的基質(zhì)生成，有較多的新生血管和新生骨出現(xiàn)，而對(duì)照組顱骨缺損部位只有少量的組織纖維填充，僅有少量的新生骨和血管生成。在第12周，SA/HNTs陶瓷支架組在缺損處與對(duì)照組比有更多的新骨形成。Masson染色與HE染色結(jié)論一致(圖6e)，在第6周，對(duì)照組顱骨缺損處僅有少量的藍(lán)色的膠原纖維填充，無(wú)明顯新生骨形成，而SA/HNTs陶瓷支架組顱骨缺損處被大量藍(lán)色的膠原纖維填充，沉積的膠原纖維層較厚，排列更加致密，有較多的新生血管和新生骨生成。在第12周，與對(duì)照組比，SA/HNTs陶瓷支架組在缺損處同樣地有更多的新骨形成。為了進(jìn)一步驗(yàn)證SA/HNTs陶瓷支架的促成骨效果，利用免疫組織化學(xué)染色觀察手術(shù)6和12周后大鼠顱骨中的Runx2、OCN和ALP三種蛋白的表達(dá)情況。由圖6f可知，對(duì)照組在顱骨缺損部位的細(xì)胞僅有少量Runx2、OCN和ALP的陽(yáng)性表達(dá)。而對(duì)于SA/HNTs陶瓷支架組顱骨缺損部位周圍可見更多的陽(yáng)性表達(dá)，表明SA/HNTs陶瓷支架組能促進(jìn)顱骨損傷部位細(xì)胞表達(dá)Runx2、OCN和ALP，從而促進(jìn)顱骨缺損的修復(fù)。

圖6 SA/HNT陶瓷支架的體內(nèi)骨再生能力。支架植入手術(shù)圖(a);植入后6周和12周顱骨缺損的Micro-CT三維重建圖像(紅色點(diǎn)圈為初始缺損區(qū)域)(b);術(shù)后6周和12周各組骨密度、BV/TV(c)、H&E (d)和馬松三色(e)染色定量統(tǒng)計(jì)。各組Runx2、OCN、ALP免疫組化染色圖(f) (*P <0.05，**P <0.01);圓圈表示新形成的血管，三角形表示新形成的骨骼

  本研究通過將SA和HNTs在水溶液中混合得到SA/HNTs打印墨水，并利用3D打印技術(shù)和高溫?zé)Y(jié)技術(shù)制備出用于骨缺損修復(fù)的高性能復(fù)合陶瓷支架。SA和HNTs之間的氫鍵和靜電吸引使SA/HNTs油墨具有優(yōu)異的可打印性和形狀保真度。墨水在CaCl₂溶液中交聯(lián)后得到具有良好抗壓和抗拉強(qiáng)度的SA/HNTs水凝膠。利用3D打印技術(shù)獲得不同形狀的水凝膠支架，并通過高溫?zé)Y(jié)制備高強(qiáng)度陶瓷支架。對(duì)SA/HNT陶瓷支架的細(xì)胞相容性和成骨活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該支架具有良好的生物相容性和成骨活性。大鼠顱骨修復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，SA/HNTs陶瓷支架在體內(nèi)也具有良好的成骨作用。SA/HNTs陶瓷支架具有綜合性能優(yōu)異、原料來(lái)源豐富、可設(shè)計(jì)性高等優(yōu)點(diǎn)，在牙齒修復(fù)、髖關(guān)節(jié)、骨科植入物等缺陷修復(fù)方面具有重要的應(yīng)用前景。

  該論文得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52073121,32071326）、廣東省自然科學(xué)基金（2021A1515011196, 2023A1515011091）、中央高校基本科研專項(xiàng)資金（21622406）、佛山國(guó)家高區(qū)產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃（2220197000129）、廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院“臨床醫(yī)學(xué)+”項(xiàng)目（CLP2021A001）等項(xiàng)目的資助。

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0266353824001076