骨是人體不可分割的一部分,通過(guò)自身不斷的自修復(fù)維持骨量和承重特性。然而,骨的自我修復(fù)受制于缺損范圍及其生理狀況。骨重建是一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程,涉及多種細(xì)胞類型和各種生理因素的相互作用,需要多方協(xié)同作用維持骨組織的完整性。相較于傳統(tǒng)的治療方法,骨組織工程成為治療骨缺損的一種有效策略,但是構(gòu)建具有結(jié)構(gòu)支撐和再生微環(huán)境適配的骨修復(fù)材料仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。
具有多孔的微/納纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)生物活性支架因其類似于細(xì)胞外基質(zhì)(ECM),能夠促進(jìn)細(xì)胞粘附和增殖等行為,有利于支架與組織的整合,近年來(lái)受到研究者們的青睞。與其他支架制備技術(shù)相比,3D打印技術(shù)在制備幾何形狀可定制、孔徑可控的三維支架方面表現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì),然而三維支架較低的力學(xué)強(qiáng)度和較弱的成骨能力將限制其在骨修復(fù)中的實(shí)際應(yīng)用。理想的人工骨修復(fù)材料應(yīng)該滿足以下幾個(gè)方面的需求:(1)制備的支架材料具有與缺損部位相匹配的個(gè)性化形狀和ECM樣微結(jié)構(gòu),利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送和骨組織生長(zhǎng);(2)具有合適的力學(xué)性能和降解速率,為骨重建提供較好的結(jié)構(gòu)支撐;(3)具有足夠的血管生成和成骨活性,加速血管化骨再生。
圖1 DMSNs/SrHA/PGP支架的制備與引導(dǎo)骨組織再生示意圖。
圖2 (A)不同納米纖維含量復(fù)合支架的制備示意圖;(B)復(fù)合支架的宏觀圖片;(C-F)3D 打印微絲與電紡纖維的SEM 與TEM圖;(G-I)不同納米纖維含量(1-4 wt%)復(fù)合支架的SEM圖。
圖3 (A-B)支架的元素分析;(C)支架的親水性;(D-E)支架的力學(xué)性能;(F-G)支架的降解性能;(H-I)DMOG和Sr離子的釋放。
圖4 (A)復(fù)合支架的小鼠包埋與評(píng)價(jià)示意圖;(B-C)血管灌注的Micro-CT 成像與定量分析;(D-E);CD31表達(dá)的熒光圖片與定量分析;(F-G)HIF-1α表達(dá)的熒光圖片與定量分析。
圖5 (A)復(fù)合支架的大鼠顱骨缺損修復(fù)示意圖;(B-D)體內(nèi)骨再生的micro-CT重建圖片與骨密度和骨體積的定量分析;(E)H&E和Masson染色圖片。
圖6 (A)CD31、α-SMA和OCN表達(dá)的熒光圖片;(B)CD68和CD163表達(dá)的熒光圖片;(C-F)CD31、α-SMA、OCN和CD163+/CD68+的定量分析。
在本研究中,利用3D打印SrHA@PCL支架作為框架結(jié)構(gòu),賦予了復(fù)合支架較高的力學(xué)性能。復(fù)合支架內(nèi)填充的多孔納米纖維網(wǎng)絡(luò)不僅促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸和組織長(zhǎng)入,還通過(guò)釋放DOMG促進(jìn)血管形成。此外,結(jié)合納米纖維的較快降解和3D打印微絲的緩慢降解行為,實(shí)現(xiàn)了DMOG和Sr離子的可控釋放,促進(jìn)了血管生成和成骨的耦合。綜上所述,本研究制備的DMSNs/SrHA@PGP支架可以促進(jìn)快速的組織浸潤(rùn)和引導(dǎo)血管化骨再生,同時(shí)為構(gòu)建與成骨微環(huán)境適配的仿生骨支架提供了一種新策略。
原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00598
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