模塊化微籠作為組織工程學(xué)支架的3D打印

供稿人:武文澤、高琳 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)具備分化為脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞等多種細(xì)胞類型的能力。負(fù)責(zé)骨重塑和再生的成骨細(xì)胞一直被認(rèn)為可以治療骨質(zhì)疏松等疾病，也可以促進(jìn)人工骨植入物周圍形成新骨修復(fù)骨組織。通過在納米尺度上設(shè)計骨種植體的二維表面形貌，可以促進(jìn)植入物周圍BMSCs的生長，從而增強骨愈合。骨的納米孔表面形貌在誘導(dǎo)骨組織形成中起著關(guān)鍵作用。在骨植入物設(shè)計中，模擬自然骨的納米孔表面形貌被認(rèn)為可以誘導(dǎo)BMSCs向成骨分化，促進(jìn)骨再生。

納米孔的大小和納米孔表面的粗糙度是決定干細(xì)胞分化的兩個關(guān)鍵因素，但我們對每個因素各自的貢獻(xiàn)研究很少。為了解決這個問題，哈佛大學(xué)的研究人員將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)在具有可控納米孔大小和粗糙度的二維納米孔膜（硬度與皮質(zhì)骨相似），研究其粘附、鋪展和分化等行為。

圖1.細(xì)胞實驗的實驗設(shè)計及細(xì)胞形態(tài)和局部粘附定量結(jié)果

表征了納米孔膜的孔粒徑大小和粗糙度，通過體外細(xì)胞實驗證實增加納米孔表面的粗糙度對細(xì)胞附著沒有明顯影響，只是輕微降低細(xì)胞擴散面積，抑制成骨分化。然而，在納米孔較大的膜上培養(yǎng)的骨髓基質(zhì)干細(xì)胞附著細(xì)胞明顯減少，擴散面積明顯增大。此外, 這些細(xì)胞培養(yǎng)更大的納米孔進(jìn)行增強的成骨分化表達(dá)更多的堿性磷酸酶、骨鈣蛋白、骨橋蛋白等。這些結(jié)果表明，雖然納米孔大小和粗糙度都可以影響B(tài)MSC的細(xì)胞反應(yīng)，但是納米孔的尺寸比粗糙度的作用更明顯。

參考文獻(xiàn)：
J X , Y Y , H W , et al. Decoupling the effects of nanopore size and surface roughness on the attachment, spreading and differentiation of bone marrow-derived stem cells[J]. Biomaterials, 248. doi: 10.1016/j.biomaterials.2020.120014