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四川大學張興棟院士團隊孫勇/樊渝江《Small》:仿生基質重構3D打印梯度多孔支架再生微環境加速骨再生
2023-02-15  來源:高分子科技

  尋找理想的骨再生性植入物仍然是臨床上一個持續的挑戰。天然骨組織的微觀結構中,堅實的無機成分(羥基磷灰石)主要負責支撐、保護和承重,而柔軟的有機成分(膠原纖維,多糖)在干細胞的增殖和遷移中起著重要作用。因此,有效地模擬天然骨軟硬結合的雜化的結構與功能,有助于調控干細胞命運來改善骨再生進程。3D打印技術可以用于組織工程支架結構的精確控制,特別是創建有序孔隙和用戶自定義結構,被廣泛應用于組織工程領域。然而,目前以PCLPLA等為主的擠出式3D打印支架難以提供組織重塑過程中長期穩定的營養供給,同時其表面缺乏活性配體,這會導致無效的細胞粘附和下游細胞事件,難以模擬骨組織再生過程所需的生理微環境。


  針對以上問題,四川大學生物醫學工程學院/國家生物醫學材料工程技術研究中心孫勇研究員/樊渝江教授在前期的工作基礎上(Nat. Commun., 2022; Adv. Funct. Mater., 2023),利用多巴胺介導的化學整合,將仿生胞外基質凝膠修飾在聚多巴胺涂層的3D打印PCL支架中,構建了軟-硬結合的活性骨修復體(BM-g-DPCL,圖1)。該策略改善了3D打印支架植入后的再生微環境,對于成骨基質的重塑起到重要作用。其中,梯度多孔結構設計有利于潛在的細胞遷移和營養傳質;聚多巴胺涂覆的PCL支架促進鈣離子螯和及隨后的類骨質沉積,并維持植入體的力學環境;多酚基團化學錨定的性凝膠基質改善再生微環境,增強了干細胞的粘附、增殖和成骨分化。活性骨修復體(BM-g-DPCL)加速內源性干細胞(ESCs)募集,并啟動了快速的血管形成(圖2)。在兔顱骨缺損模型(Φ = 10 mm)中,活性支架促進新生組織與植入體界面融合,誘導新生骨基質在支架內部沉積(圖3)。蛋白質組學確認細胞因子粘附、生物礦化沉積、快速血管化及促進胞外基質形成是加速骨缺損愈合的主要因素(圖4)。這種仿生的軟硬組分高度化學鍵和的策略提供了無細胞/無因子的組織工程支架再生的新策略。


活性骨修復體BM-g-DPCL的構建 



仿生基質加速rBMSCs體外遷移和體內內源性干細胞(ESCs)募集

 

兔臨界顱骨缺損的內源性骨再生 


差異的蛋白表達揭示成骨分化機制


  相關研究成果以Covalently grafted biomimetic matrix reconstructs the regenerative microenvironment of the porous gradient polycaprolactone scaffold to accelerate bone remodeling為題于20232月發表在《Small》。研究工作受到國家自然科學基金項目 (Nos. 3227141932071352) 和四川省重點研發項目 (No. 2020YFS0462)支持。


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202206960

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