3D打印生物陶瓷支架表面微纳米结构调控骨-软骨一体化修复研究获
时间:2019-01-15 22:25 来源:南极熊 作者:中国3D打印网 阅读:次
在此研究基础上,最近该团队提出利用3D打印生物陶瓷支架表面微结构调控骨-软骨及其界面一体化修复的思想,并取得新进展。该研究成果被《先进功能材料》(Advanced Functional Materials,201806068R1)杂志接收(该论文第一作者为邓翠君,指导导师为吴成铁)。
具有表面微结构的3D打印生物陶瓷支架通过激活整合素及RhoA信号通路促进骨-软骨及其界面修复。
该团队利用3D打印和原位生长相结合的方式,制备了有序大孔结构生物陶瓷的支架,并在支架表面原位生长微米/纳米磷酸钙晶体。这种制备方式使不同形貌的磷酸钙晶体能稳定生长在陶瓷支架表面,而且能有效愈合支架表面的微裂纹,并显著增强了支架的力学强度。体外研究结果表明,支架表面微纳米结构显著提高了纤连蛋白的吸附,并进一步促进软骨细胞黏附、增殖和成熟。
3D打印具有表面微结构的生物陶瓷多孔支架。纯BRT支架与不同表面微结构修饰的复合支架Nanograin,Nano-lamella及Microrod的形貌。
此外,该研究首次发现生物陶瓷表面微结构对软骨细胞整合素α5β1、αvβ1有激活作用。其潜在作用机制如下:首先,生物陶瓷支架表面微结构从周围环境募集纤连蛋白,然后支架表面的纤连蛋白被细胞摄取并将其整合到整合素α和β亚基上,进而促进整合素表达及聚集。随后,活化的整合素诱导F-Actin重组,并进一步促进软骨特异性基因(SOX9, Aggrecan,COL2及N-cadh)表达,进而促进软骨成熟。生物陶瓷表面微结构除了对软骨细胞有促进作用,同时对骨髓间充质干细胞(rBMSC)的成骨分化也有诱导作用。研究结果表明,生物陶瓷支架表面微结构显著增强rBMSC的早期黏附和增殖行为,随后陶瓷支架表面微结构通过激活rBMSC整合素α5β1及RhoA信号通路,并协同诱导F-Actin有序重组,进而促进rBMSC成骨分化。体内研究结果显示,支架表面微纳米结构不仅能有效促进骨-软骨组织一体化修复,并且成功地将修复效果延伸至极其复杂的骨和软骨界面。该研究为无机材料应用于骨-软骨修复领域提供了可行性依据,同时为生物陶瓷表面微结构应用于骨-软骨及其界面的修复提供了新的研究思路。
相关研究工作得到科技部重点研发计划、国家自然基金与中科院青年拔尖人才项目等的支持。
(责任编辑:admin)
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