用于促進骨骼干細胞和前體細胞分化的含人類骨細胞外基質(zhì)的納米復(fù)合支架的生物制造

來源： 生物設(shè)計與制造BDM

自體移植或金屬植入物經(jīng)常被用于骨骼修復(fù),，然而,，它們在提供長期臨床療效方面存在不足,，因此需要提供功能性仿生組織工程替代方案,。利用人體骨骼組織合成的仿生材料墨水進行骨骼組織的三維（3D）生物打印，以促進組織再生,，被認為是一種具有潛力的制造方法,。這種方法利用了人體骨骼細胞外基質(zhì)（骨ECM）為人骨髓基質(zhì)細胞（HBMSCs）提供適宜微環(huán)境，從而促進其增殖和向成骨細胞的分化,。在本研究中,，作者通過混合人體骨骼細胞外基質(zhì)（B）、納米粘土（Laponite®）和海藻酸鹽（A）聚合物,，采用擠出型沉積技術(shù),，開發(fā)了一種新型材料墨水（LAB）。這種納米填料和聚合材料的引入增加了流變特性,、可打印性和藥物保留性,，并且關(guān)鍵地保護了HBMSCs在打印過程中的存活能力�,；�于人體骨骼細胞外基質(zhì)的復(fù)合材料3D 結(jié)構(gòu)中引入了血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）,，并且在從離體雞尿囊胚膜（CAM）模型中植入后增強了血管化作用。此外,，結(jié)合骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（BMP-2）和HBMSCs組合后,，進一步增強了血管生成和礦化。該研究證明了納米粘土與仿生材料（海藻酸鹽和骨ECM）的協(xié)同作用,，從而在體外和離體實驗中促進成骨組織的形成。這為個性化骨骼組織修復(fù)提供了一種有前景的新型3D生物打印方法,。

圖1 納米粘土,、海藻酸鹽和人體骨骼去礦化以及去細胞化的新型生物材料墨水系統(tǒng)工程化聯(lián)合

圖2 復(fù)合墨水的物理特性表征

圖3 納米粘土基骨骼細胞外基質(zhì)墨水的流變性質(zhì)

圖4 納米復(fù)合骨-ECM墨水的打印精度

圖5 人骨髓基質(zhì)細胞（HBMSC）打印后的存活和增殖情況

圖6 納米粘土基墨水可以在CAM模型中支持VEGF的持續(xù)釋放

圖7 納米復(fù)合骨-ECM支架在體外支持礦化

圖8 3D打印含有BMP-2和人骨髓間充質(zhì)干細胞的CAM植入