聚己内酯/β-三钙磷酸盐复合支架的先进孔隙几何形状促进人源间充质基质细胞的成骨分化

由于肿瘤手术后的切除等原因，危及生命的下颌骨缺损目前通常采用自体骨移植进行治疗。这种治疗被认为非常侵入性，并且与发病率及移植物吸收等限制相关。组织工程方法建议使用结合结构特征、生物材料属性、细胞和生物分子的3D支架来创建仿生结构。然而，模拟下颌的复杂解剖结构和成分对支架设计构成挑战。在我们的研究中，我们评估了复杂孔隙几何形状和材料成分对3D打印支架成骨潜力的双重影响。支架由聚己内酯（PCL）单独制成（TCP0），或与高浓度的β-三钙磷酸盐（β-TCP）混合，最高可达40% w/w（TCP40），具有两种复杂的孔隙几何形状，即星形（S）和菱形（D）。SEM和微CT图像确认了打印过程中高保真度。D型支架的抗压模量高于相应的S型支架。TCP40支架在模拟体液中经过28天后显示出表面矿物质沉积。随后，我们评估了接种的骨髓来源的人源间充质基质细胞（hMSCs）在28天内的分化。细胞核中RUNX2的早期表达证实了向成骨表型的承诺。此外，ALP活性和胶原沉积在D型支架中呈上升趋势。沉积的ECM中主要存在Ⅰ型胶原，确认了骨基质的沉积。最后，茜素红染色显示所有TCP40样本上成功的矿化，其中S型支架的值更高。综合来看，我们的研究表明，TCP40支架的复杂孔隙结构刺激了hMSCs在体外的成骨分化和矿化。未来的研究将致力于在体内验证这些发现。