未来骨科医工融合—文献集萃（二十四）用于临界骨缺损修复机械辅助生物打印策略

发布日期： 2025-05-09 18:21:58 阅读量： 2

摘要

随着生物打印技术的发展，细胞与生物材料的同步沉积为组织再生领域注入了新的活力。然而，生物打印过程中不可避免的细胞损伤以及生物打印细胞负载支架的机械稳定性差，严重限制了其应用。本研究提出了一种机械辅助的后生物打印策略，快速、均匀、精确地将细胞加载到心脏启发的中空水凝胶支架（HHSs）中。HHSs展示了对外界机械刺激的响应能力，可以在4秒内加载细胞，细胞数量增加了13倍，并且能够对两种类型的细胞进行分区加载。作为概念验证，加载细胞的HHSs在修复临界尺寸和骨质疏松骨缺损方面表现出增强的再生能力。我们期望这一后生物打印策略能够为细胞基础的再生治疗提供一种普适、高效的解决方案。

方法

本研究提出了一种基于机械辅助的后生物打印策略，用于细胞快速、均匀、精确地加载到中空水凝胶支架（HHSs）中。HHSs通过一体化的共轴打印工艺制造，无需任何支撑材料，利用心脏启发的中空结构，能够响应外部机械刺激，实现高效的细胞加载。为确保骨缺损修复效果，研究使用了骨髓来源的间充质干细胞（hBMSCs）作为模型，评估了在生物打印过程中细胞的生存情况及其在HHSs中的增殖、分布和分化效果。

图模型构建与实验设计
通过机械响应实现细胞的精确加载，HHSs展示了在4秒内通过压缩恢复过程成功加载13倍的细胞数量，并且支持不同细胞类型的分区加载。HHSs的形态、机械性质和生物相容性经过充分优化，确保其在临床应用中的效果。

总结

性能优势
实验结果显示，HHSs在治疗骨缺损方面的表现优于传统方法。在对大鼠模型进行的骨缺损修复实验中，加载细胞的HHSs在12周内实现了显著的骨组织修复，并且显示出较强的骨再生能力。相比纯HHSs，细胞加载后的支架能够显著促进新骨的形成和血管的生长，尤其在骨质疏松模型中表现尤为突出。

多细胞加载能力
该方法能够精确地将两种不同的细胞类型（如骨髓间充质干细胞和人脐静脉内皮细胞）加载到HHSs中，为复杂组织工程提供了新的解决方案。

可转移性与应用
这种机械辅助的后生物打印策略不仅限于骨修复，还可以扩展到其他组织类型（如软骨、肌肉、神经等）的修复，具有广泛的临床应用前景。

创新点

后生物打印细胞加载策略：首次提出机械辅助的后生物打印策略，解决了细胞加载过程中均匀性和精确性的问题。

高效的多细胞类型分区加载：通过调控HHSs的机械响应，实现了多细胞类型的精确加载，突破了传统组织工程中的局限。

骨修复效果：在骨质疏松和大规模骨缺损修复模型中，HHSs-细胞展示了显著的骨再生能力。

机械响应与可调性：HHSs在受力过程中能够快速恢复形状，且对外部刺激有良好的机械响应性，增强了细胞的稳定性和功能。

利益冲突说明：

1.本文献研究未获得资助。

2.本内容不存在研究者、伦理委员会与公开研究成果有关的利益冲突

3.本公众号及相关机构、委员会将定期对利益冲突进行审查和监督，确保活动的独立性和公正性。

授权说明：本内容授权给北京石景山思考特赋能科技公益发展中心登载播放，其他人未经授权不能转载下载。

上一篇: 未来骨科医工融合—文献集萃（二十五）3D打印组织粘合剂：为个体化组织修复打开新思路

下一篇: 未来骨科医工融合—文献集萃（二十三）基于深度强化学习的城市社区空间规划

未来骨科 医工融合—文献集萃（二十四）用于临界骨缺损修复机械辅助生物打印策略

未来骨科医工融合—文献集萃（二十四）用于临界骨缺损修复机械辅助生物打印策略