《Bioactive Materials》：3D打印支架功能再革新，为促进骨再生提供微环境(2)

时间：2023-04-27 13:07 来源：EngineeringForLife 作者：admin 阅读：次

6. 3D免疫支架的体内骨再生
在骨缺损部位，损伤微环境生态位涉及各种细胞和因素（图6a）。创建直径为5 mm的全层骨缺损，并将3D支架植入缺损中（图6b）。4周后，收获颅骨碎片以分析骨形成（图6c-d）。如图6e所示，显微CT图像表明，植入3D支架的缺损部位内的新骨形成更显着，空对照的新骨形成最少。对于用3D材料功能化的三种类型的2D支架，沿着缺陷边缘形成了小规模的完整骨块（图6e）。此外，免疫调节细胞因子负荷可进一步加速骨形成（图6f-h）。主要器官的HE染色表明，本研究中使用的3D支架在体内条件下具有生物相容性，与体外细胞评估一致（图6i）。

图6 免疫功能支架的体内骨形成

7. 体内新生血管形成和成骨
为了评估在颅骨缺损部位植入的3D支架的骨修复，收获的骨组织在嵌入石蜡后进行脱钙和切片。图7a-c显示，3D支架可以桥接骨缺损，并为细胞在骨缺损区域进行和分配提供优异的组织导电性。CD31和ALP表明支架植入促进了细胞募集和组织形成（图7d），荧光强度的定量结果也与之相符（图7e-f）。

图7 大鼠颅骨缺损模型中的免疫组织学分析和体内新生血管和成骨

8. 体内M2巨噬细胞表型调节
为测定骨缺损体内巨噬细胞募集和M2表型极化，对颅骨进行CD68和CD206免疫荧光双染色。对于3D-Scaf-GOBP，在组织内观察到CD68和CD206荧光的广泛分布，表明异质纳米结构的功能可以增强巨噬细胞对3D支架的募集（图8a），定量计算与荧光图像一致（图8b-c）。CD206荧光的体内分布表明了偏振M2巨噬细胞的位置，对于这些3D支架来说是独一无二的（图8a）。观察到有效的CD206荧光包围植入的3D支架脊，表征了CD206荧光强度与到支架脊表面的距离的关系（图8d）。

图8 体内巨噬细胞表型表征

综上，本文通过结合3D异质纳米结构和免疫调节IL-2细胞因子，成功构建了免疫功能化的3D支架，并通过创建促愈合的免疫微环境优化了体内骨损伤修复。体外测试表明，由GO和BP纳米片组成的二维异质纳米结构可以提高细胞粘附，磷酸根离子的持续释放刺激细胞增殖和成骨。二维异质纳米层还增加了免疫调节IL-2细胞因子的负载量，并调节巨噬细胞极化为M2表型，以构建有利于愈合的免疫微环境，以改善血管生成和成骨。体内植入结果表明，免疫功能化的3D支架桥接损伤缺陷，增强细胞募集，并通过磷酸盐的持续释放刺激体内新生血管和成骨作用。负载的IL-2细胞因子进一步促进了巨噬细胞极化为M3表型，这可能有助于建立促进愈合的微环境以加速骨损伤恢复。因此，具有免疫调节细胞因子二次加载的2D GOBP异质纳米结构的3D支架的免疫功能化可以为3D打印的支架提供支持快速骨损伤恢复的有希望的策略。

文章来源：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.03.021

(责任编辑：admin)

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