構建硬材料和細胞一體化3D打印新技術和發(fā)現(xiàn)骨細胞Dll4調(diào)控骨髓基質(zhì)細胞成骨分化

來源：生物設計與制造


本研究論文聚焦如何提高3D打印硬材料里細胞的存活率和控制細胞命運問題。3D打印硬材料可以適配骨的形狀和加強力學支撐，本文設計了一種硬材料和細胞一體化3D打印技術體系，構建調(diào)控骨發(fā)育信號（Notch），引導骨髓基質(zhì)細胞成骨分化的硬材料支架。建立了聚己內(nèi)酯（PCL）和細胞集成3D打印系統(tǒng)（PCI3D），交互打印PCL束和負載細胞的水凝膠束，并形成網(wǎng)絡通道，遞送營養(yǎng)。PCI3D模塊中細胞存活率超過87%，培養(yǎng)7天細胞增殖6倍。

骨細胞MLO-Y4過表達Notch配體Dll4，在PCI3D模塊中與75%的基質(zhì)細胞混合后占25%。與Dll1或Dll3等其他delta樣家族成員不同，骨細胞Dll4促進小鼠原代和骨髓基質(zhì)細胞系成骨分化和礦化（長達28天）。機制研究上，使用Cre重組酶條件性敲除原代骨髓基質(zhì)細胞（BMSCs）Notch轉錄因子RBPjκ后，失去對骨細胞Dll4的應答，因而不能產(chǎn)生成骨分化。研究結果表明，骨細胞Dll4激活BMSCs的依賴于RBPjκ的經(jīng)典Notch信號，促使BMSCs定向分化。此外，骨細胞Dll4顯示促血管生成的潛力。骨細胞Dll4是決定細胞朝向成骨細胞分化的成骨微環(huán)境，將打破傳統(tǒng)骨科植入物的生物活性低的局限，開辟應用新途徑。

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圖1 Graphic abstract


圖2 PCI3D模塊中細胞活力和增殖活性


圖3 骨細胞Dll4促進PCI3D模塊里細胞的成骨分化


圖4 骨細胞Dll4促進PCI3D模塊礦化


圖5 骨細胞Dll4激活BMSCs中RBPjκ依賴的經(jīng)典Notch信號，使其定向成骨細胞分化


圖6 骨細胞Dll4促進血管生成