《用于骨和软骨再生的双线性建筑生物材料的3D打印》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2017-08-02
  • 由于关节软骨和软骨下骨的不同生物学特性,构建双系构建性支架仍然是重大挑战。在本研究中,通过3D印刷技术制备Mn含量不同的锰(Mn)掺杂的β-TCP(Mn-TCP)支架。系统地研究了Mn对物理化学性质,生物活性和刺激骨软骨再生的相应机制的影响。 Mn掺入β-TCP降低晶格参数和结晶温度,但提高了支架密度和抗压强度。来自Mn-TCP的离子产物显着改善了兔软骨细胞和间充质干细胞(rBMSCs)的增殖,并促进了软骨细胞和rBMSCs的分化。体内研究表明,与TCP支架相比,Mn-TCP支架明显改善软骨下骨和软骨组织的再生,在兔骨软骨缺损中移植8周和12周。该机制与Mn2 +离子密切相关,通过激活自噬,通过激活HIF途径和软骨细胞从炎症性骨关节炎环境中显着刺激软骨细胞的增殖和分化。这些研究结果表明,具有改善的物理化学性质和双线性生物活性的含Mn支架的3D印刷代表了骨软骨缺损再生的智能策略。

    ——文章发布于2017年7月31日

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  • 《3D打印新生物材料有助于骨骼修复再生》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-02-28
    • 骨组织工程(BTE)是材料科学和生物工程领域的一个新兴领域,研究人员致力于设计一种理想的仿生材料,优化当前的骨骼辅助修复手段。尽管目前还没有实验成果能从实验台上转移到临床领域,但在结合了各类尖端技术的研究中,已经出现不少令业内人士兴奋的新方法。从实验室的生物制造过程来看,细胞、蛋白质、生物成分和生物材料的相互作用,可以实现工业化规模的再生医学材料制造。 德累斯顿大学(TU Dresden)医学院转化骨、关节和软组织研究中心(Centre for Translational Bone,简称CBT)的研究人员在《生物制造》(Biofabrication)杂志上撰文指出,他们研发了一种磷酸钙接合剂配方,通过将活的生物细胞封装在3D打印BTE材料的生物墨水中,建立类似于基质的支架。研究人员最初提出的制造方案,主要方向是为细胞在糊状磷酸钙骨接合剂(CPC)中存活提供最佳条件,随后,他们又提出了一种用于骨发育和软骨发育的软骨组织移植模型。 制造仿生材料是高度复杂的工程,细胞和细胞外基质复杂的特性,使其天然难以使用现有技术再现。因此,组织工程的主要目标是,开发功能相似的结构和类似于组织或器官的生物/化学成分。由于生物矿化材料更适合设计骨骼模拟基质,格林斯基(Gelinsky)和他的同事们使用了一种多通道3D打印技术,将自定CPC与间充质干细胞生物墨水结合起来。这种含有人类细胞的生物墨水是用海藻酸酯甲基纤维素(alg/mc)混合制成的,由同组研究人员早前研发。 总的来说,新型生物材料包括可标绘CPC、载有细胞的生物墨水和纳米晶羟基磷灰石(HAp),在3D打印生物支架生物淋溶器中通过多通道挤压,制成高刚度、骨状矿物结构的支架以支持细胞生长。为了了解材料化学特性对骨拟态程度的影响,研究人员分别测试了alg/mc和CPC支架的单相成分,以及CPC-alg/mc细胞负载支架的两相结合产物。 因为藻酸盐生物墨水中含有细胞,尤其是可以无限增长的间充质干细胞,它被认为可以用于大规模的生物打印和添加制造技术。为了制作支架材料,CPC和生物墨水都以3D打印的方式绘制在一个类似于细线的装配体中,形成了一个大孔的网状结构,为嵌入的细胞补充氧气和营养。 就目前而言,研究员们用立体光学显微镜和扫描电镜观察到的大孔结构,还只是实验状态下的简化版本,只是为了确定支架在细胞生长和组织再生方面的潜力。接下来,他们还要研究更合适的孔隙结构,以支持辅助体内骨再生的生物植入物。 3D打印的双相支架经受住了通用测试系统的张力和压缩机械测试,其支持细胞的能力也被细胞活力测试证明达标。由于本研究首次将CPC与alg/mc生物墨水两相结合,因此工程过程必须进行优化,以防止生物制造过程中的微裂纹,同时还需延续长期细胞相容性以保护嵌入细胞。 在第一天支架放置时,CPC-bioink表面局部会出现细胞损伤,几天后,当细胞开始向CPC链迁移进行增殖时,损伤会得到补偿。这种迁移可能是由CPC的微粗糙度和表面刚度介导的,这对细胞的生长很有吸引力。由于最初的细胞毒性是由pH值下降引起的,所以作者建议,设计生物油墨时,需要考虑抵抗/缓冲生物制造过程中的pH值变化。 在概念性方案中,作者推荐使用单相CPC构建软骨下骨,用alg/mc构建软骨成分,在表面分离出一种模拟钙化软骨的交织网状带,从而制造出一种用于BTE的3D打印生物原位骨软骨支架。这种支架可以在临床手术中构建,通过控制细胞播种,促进表面组织再生,为今后BTE的转化研究工作提供参考。
  • 《微/纳米结构支架用于软骨和软骨下骨的再生》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2018-12-11
    • 软骨缺损的治疗在临床实践中仍是一个很大的挑战,因为软骨和软骨下骨具有明显不同的生理特性。本研究利用生物材料化学相结合的生物活性支架的可控表面微/纳米结构来解决这一问题。利用3D打印技术和水热法制备了表面微/纳米结构可控的模型生物活性生物材料bredigite (BRT)支架。研究发现,BRT支架表面微/纳米磷酸钙晶体的生长通过修复支架表面的微裂纹显著提高了支架的抗压强度。微/纳米表面明显促进软骨细胞的扩散和分化激活整合素αvb1α5b1形成,调节细胞形态,并促进成骨分化的兔骨髓基质细胞(rBMSCs)通过整合素的协同作用α5b1 RhoA, microrod表面显示的最高的刺激影响软骨细胞的分化和rBMSCs。体内研究表明,3D打印支架的微/纳米结构表面明显促进软骨和软骨下骨组织的再生。本研究表明,在多孔三维支架中构建可控的微/纳米结构表面为诱导骨软骨再生的双谱系生物活性提供了一种聪明的策略。 ——文章发布于2018年12月07日