通過簡單策略調控熔融擠出式增材制造應用中表面接枝生物分子的密度

來源： 生物設計與制造BDM

本研究論文聚焦通過簡單策略調控熔融擠出式增材制造應用中表面接枝生物分子的密度。

熔融擠出增材制造（ME-AM）是制備組織工程應用中多孔支架的一種有前途的技術。然而，大多數合成半晶聚合物并不具有控制細胞命運所需的內在生物活性。在增材制造支架的聚合物表面接枝生物分子可以增強構造物的生物活性，然而，目前可用于控制表面密度的策略有限。本文報道了一種通過混合含有正交反應性疊氮基團的低分子量聚己內酯（PCL5k）和未官能化的高分子量聚己內酯（PCL75k）以不同比例來調控生物活性基團表面密度的策略。本文作者使用高含量（75 wt.%）的低分子量PCL5k制備了穩(wěn)定的多孔三維支架。作為概念驗證，作者使用熱壓機制備了三種不同質量比的低分子量和高分子量聚合物薄膜，并在表面與炔基化熒光模型化合物反應，得到了201–561 pmol/cm2的密度。隨后，將骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（BMP-2）導源肽接枝到包含不同混合比例的薄膜上，并評估肽表面密度對人間充質干細胞（hMSCs）骨發(fā)生分化的影響。在基礎培養(yǎng)基中培養(yǎng)兩周后，細胞在具有共軛肽的薄膜上表達較高水平的BMP受體II（BMPRII）。此外，研究發(fā)現堿性磷酸酶活性僅在含有最高肽密度（即561 pmol/cm2）的薄膜上顯著增強，表明表面密度的重要性。綜上所述，這些結果強調了在細胞-材料界面處，必須考慮表面肽的密度對細胞分化的影響。此外，提出一種可行的ME-AM策略，可通過混合（修飾的）聚合物來調控體塊和表面功能。再者，炔基-疊氮點擊化學反應可實現對許多組織特異性成分的空間控制，使這種方法成為組織工程應用的多功能策略。

圖1 本研究的概述示意圖

圖2 不同混合聚合物比例制備的ME-AM支架

圖3 壓縮測試中支架的機械性能

圖4 測定在含有不同表面化合物密度的脫氮基表面薄膜上的炔基模型化合物的表面密度

圖5 在上面板和下面板的αN3 εCL-co-εCL薄膜上，有和沒有連接的BMP-2衍生肽的hMSCs熒光圖像