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的納米復合支架的生物制造

來源： 生物設計與制造BDM

自體移植或金屬植入物經(jīng)常被用于骨骼修復，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（骨ECM）為人骨髓基質細胞（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（B）、納米粘土（Laponite®）和海藻酸鹽（A）聚合物，采用擠出型沉積技術，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，并且關鍵地保護了HBMSCs在打印過程中的存活能力。基于人體骨骼細胞外基質的復合材料3D 結構中引入了血管內(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 復合墨水的物理特性表征

圖3 納米粘土基骨骼細胞外基質墨水的流變性質

圖4 納米復合骨-ECM墨水的打印精度

圖5 人骨髓基質細胞（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和人骨髓間充質干細胞的CAM植入