Nature Communications?| “生物3D打?。辈呗杂糜陔y愈合骨缺損的治療
2024年4月26日,中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)藥所退行性中心阮長順團隊在Nature Communications在線發(fā)表題為“A mechanical-assisted post-bioprinting strategy for challenging bone defects repair”的研究性工作。繼4月4日該團隊在Nature Communications在線發(fā)表題為“Gradient matters via filament diameter-adjustable 3D printing”研究性工作后又一成果。該研究團隊受到心臟搏動泵血的啟發(fā),提出了一種力學(xué)輔助的“生物3D打印+”新策略,首先結(jié)合3D打印構(gòu)建了具有力學(xué)響應(yīng)的大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)的中空纖維水凝膠支架(HHS),然后利用支架力學(xué)響應(yīng)性能實現(xiàn)細胞快速、均勻、精準(zhǔn)及友好地加載?;谠摬呗运@得的細胞負載支架,有效地促進了難愈合骨缺損的修復(fù)與功能重建。該策略有效解決了當(dāng)前擠出式生物3D打印過程中如何平衡細胞活性和支架力學(xué)穩(wěn)定性方面的難題,既可保證3D打印技術(shù)的精準(zhǔn)度,還能維持負載細胞高存活率,為組織工程與再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供新的思路(如圖1)。

原文鏈接?https://doi.org/10.1038/s41467-024-48023-8

圖1. “生物3D打?。辈呗约敖M織工程骨支架構(gòu)建示意圖
研究團隊采用同軸針頭且在沒有支撐條件下,一步法3D打印成功構(gòu)建了具有結(jié)構(gòu)高度可調(diào)的中空水凝膠支架,該支架在壓縮應(yīng)變達80%下可以快速恢復(fù)(圖2a),并且壓縮循環(huán)1萬次后仍能保持完整的結(jié)構(gòu)。此外,該支架具有力學(xué)響應(yīng)性,通過壓縮應(yīng)變、循環(huán)次數(shù)可以實現(xiàn)對其響應(yīng)行為的調(diào)控(圖2b)。HHS在力學(xué)刺激下可以實現(xiàn)細胞的快速(4 s)、精準(zhǔn)和分區(qū)負載(圖2c)。與靜態(tài)條件下相比,HHS負載細胞數(shù)量提高了13倍。我們提出的“生物3D打?。辈呗酝黄屏松?D打印受限于生物墨水無法構(gòu)建兼具無損細胞和優(yōu)異力學(xué)性能的水凝膠支架。作為概念的驗證,負載細胞的HHS在修復(fù)大鼠節(jié)段性和骨質(zhì)疏松骨缺損(圖2d)方面顯示出了增強的再生能力,有望為組織再生領(lǐng)域和細胞治療提供新的途徑。

圖2. (a) HHS的壓縮回彈性;(b)HHS力學(xué)響應(yīng)性;(c)力學(xué)響應(yīng)負載細胞;(d)HHS-細胞重建大鼠節(jié)段骨和骨質(zhì)疏松骨缺損
中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院阮長順研究員論文通訊作者,團隊楊繼榕副研究員為論文第一作者,中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院為本研究工作的唯一通訊單位。中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院潘浩波研究員、王國成研究員,天津大學(xué)劉文廣教授及南方醫(yī)科大桑宏勛主任在本工作中做出了重要貢獻。該研究獲得國家重點研發(fā)、國家自然科學(xué)基金委優(yōu)青、面上項目及青年項目等多個基金的資助。
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