模塊化微籠作為組織工程學(xué)支架的3D打印

供稿人:武文澤、高琳 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSC)具備分化為脂肪細胞、成骨細胞和軟骨細胞等多種細胞類型的能力。負責(zé)骨重塑和再生的成骨細胞一直被認為可以治療骨質(zhì)疏松等疾病，也可以促進人工骨植入物周圍形成新骨修復(fù)骨組織。通過在納米尺度上設(shè)計骨種植體的二維表面形貌，可以促進植入物周圍BMSCs的生長，從而增強骨愈合。骨的納米孔表面形貌在誘導(dǎo)骨組織形成中起著關(guān)鍵作用。在骨植入物設(shè)計中，模擬自然骨的納米孔表面形貌被認為可以誘導(dǎo)BMSCs向成骨分化，促進骨再生。

納米孔的大小和納米孔表面的粗糙度是決定干細胞分化的兩個關(guān)鍵因素，但我們對每個因素各自的貢獻研究很少。為了解決這個問題，哈佛大學(xué)的研究人員將骨髓間充質(zhì)干細胞培養(yǎng)在具有可控納米孔大小和粗糙度的二維納米孔膜（硬度與皮質(zhì)骨相似），研究其粘附、鋪展和分化等行為。

圖1.細胞實驗的實驗設(shè)計及細胞形態(tài)和局部粘附定量結(jié)果

表征了納米孔膜的孔粒徑大小和粗糙度，通過體外細胞實驗證實增加納米孔表面的粗糙度對細胞附著沒有明顯影響，只是輕微降低細胞擴散面積，抑制成骨分化。然而，在納米孔較大的膜上培養(yǎng)的骨髓基質(zhì)干細胞附著細胞明顯減少，擴散面積明顯增大。此外, 這些細胞培養(yǎng)更大的納米孔進行增強的成骨分化表達更多的堿性磷酸酶、骨鈣蛋白、骨橋蛋白等。這些結(jié)果表明，雖然納米孔大小和粗糙度都可以影響B(tài)MSC的細胞反應(yīng)，但是納米孔的尺寸比粗糙度的作用更明顯。

參考文獻：
J X , Y Y , H W , et al. Decoupling the effects of nanopore size and surface roughness on the attachment, spreading and differentiation of bone marrow-derived stem cells[J]. Biomaterials, 248. doi: 10.1016/j.biomaterials.2020.120014