Nature Communications | “生物3D打印＋”策略用于难愈合骨缺损的治疗

发布时间：2024-04-29 来源：

2024年4月26日，中国科学院深圳先进技术研究院医药所退行性中心阮长顺团队在Nature Communications在线发表题为“A mechanical-assisted post-bioprinting strategy for challenging bone defects repair”的研究性工作。继4月4日该团队在Nature Communications在线发表题为“Gradient matters via filament diameter-adjustable 3D printing”研究性工作后又一成果。该研究团队受到心脏搏动泵血的启发，提出了一种力学辅助的“生物3D打印＋”新策略，首先结合3D打印构建了具有力学响应的大尺寸复杂结构的中空纤维水凝胶支架（HHS），然后利用支架力学响应性能实现细胞快速、均匀、精准及友好地加载。基于该策略所获得的细胞负载支架，有效地促进了难愈合骨缺损的修复与功能重建。该策略有效解决了当前挤出式生物3D打印过程中如何平衡细胞活性和支架力学稳定性方面的难题，既可保证3D打印技术的精准度，还能维持负载细胞高存活率，为组织工程与再生医学等领域提供新的思路（如图1）。

原文链接 https://doi.org/10.1038/s41467-024-48023-8

图1. “生物3D打印＋”策略及组织工程骨支架构建示意图

研究团队采用同轴针头且在没有支撑条件下，一步法3D打印成功构建了具有结构高度可调的中空水凝胶支架，该支架在压缩应变达80%下可以快速恢复（图2a），并且压缩循环1万次后仍能保持完整的结构。此外，该支架具有力学响应性，通过压缩应变、循环次数可以实现对其响应行为的调控（图2b）。HHS在力学刺激下可以实现细胞的快速（4 s）、精准和分区负载（图2c）。与静态条件下相比，HHS负载细胞数量提高了13倍。我们提出的“生物3D打印＋”策略突破了生物3D打印受限于生物墨水无法构建兼具无损细胞和优异力学性能的水凝胶支架。作为概念的验证，负载细胞的HHS在修复大鼠节段性和骨质疏松骨缺损（图2d）方面显示出了增强的再生能力，有望为组织再生领域和细胞治疗提供新的途径。

图2. （a） HHS的压缩回弹性；（b）HHS力学响应性；（c）力学响应负载细胞；（d）HHS-细胞重建大鼠节段骨和骨质疏松骨缺损

中国科学院深圳先进技术研究院阮长顺研究员论文通讯作者，团队杨继榕副研究员为论文第一作者，中国科学院深圳先进技术研究院为本研究工作的唯一通讯单位。中国科学院深圳先进技术研究院潘浩波研究员、王国成研究员，天津大学刘文广教授及南方医科大桑宏勋主任在本工作中做出了重要贡献。