用于促進(jìn)骨骼干細(xì)胞和前體細(xì)胞分化的含人類骨細(xì)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(jì)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(jìn)行骨骼組織的三維（3D）生物打印，以促進(jìn)組織再生，被認(rèn)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(xì)胞外基質(zhì)（骨ECM）為人骨髓基質(zhì)細(xì)胞（HBMSCs）提供適宜微環(huán)境，從而促進(jìn)其增殖和向成骨細(xì)胞的分化。在本研究中，作者通過混合人體骨骼細(xì)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(hù)了HBMSCs在打印過程中的存活能力?；谌梭w骨骼細(xì)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(qiáng)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(jìn)一步增強(qiáng)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(shí)驗(yàn)中促進(jìn)成骨組織的形成。這為個(gè)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞的CAM植入