植入3D打印支架是治療骨缺損的有效方法之一。然而，骨骼修復(fù)的過程極其復(fù)雜，涉及炎癥階段、修復(fù)階段和重塑階段，每個階段都需要一系列生物活性分子的協(xié)調(diào)控制。因此，理想的骨修復(fù)支架應(yīng)能夠根據(jù)骨組織愈合過程釋放不同生物活性分子。
近日，暨南大學(xué)羅丙紅教授團(tuán)隊聯(lián)合中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的賴毓霄研究員團(tuán)隊共同開發(fā)了一種具有多種藥物和活性分子分時控釋的多功能3D打印促骨再生支架。
期刊信息
論文標(biāo)題：
Versatile 3D Printing Scaffold with Spatiotemporal Release of Multiple Drugs for Bone Regeneration
作者：
Zelin Zhu,# Cairong Li # Yating Lin, Lin Li, Kun Liu, Wei Wen, Shan Ding, Changren Zhou, Yuxiao Lai * and Binghong Luo*
原文鏈接：
研究方法
該團(tuán)隊通過聚多巴胺（PDA）成功地將天然抗菌劑—丁香酚和載有成血管的二甲基草酰甘氨酸（DMOG）的層狀雙氫氧化物（LDHs）加載到3D打印的PLLA支架表面。由于丁香酚的早期釋放，支架最初表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗菌作用，而LDH持續(xù)釋放的DMOG在后期提供了促進(jìn)長期的成骨和血管生成的能力。
此外，負(fù)載DMOG的LDH進(jìn)行表面改性有效地增強(qiáng)了3D打印PLLA支架的機(jī)械性能。重要的是，LDH的存在還通過釋放Mg2?賦予了支架優(yōu)異的成骨活性，可與DMOG和丁香酚協(xié)同作用，刺激血管生成和成骨分化。
骨再生過程示意圖
（圖示包含早期抗菌、后期成骨和血管生成過程，涉及E.coli、S.aureus、BMSCs、HUVECs等細(xì)胞及OCN、RUNX-2、HIF-α、CD31等標(biāo)志物）
支架性能表征
在這一研究中，該團(tuán)隊利用PDA將負(fù)載DMOG的LDHs（LDHsD）和丁香酚（Eug）同步修飾到3D打印的PLLA支架表面。由于PDA與LDH含有豐富的氨基和羥基，因此修飾后的復(fù)合支架親水性增強(qiáng)。
此外，LDH也在一定程度上提高了PLLA支架的力學(xué)性能，數(shù)據(jù)表明在濕態(tài)下，復(fù)合支架的壓縮模量和強(qiáng)度分別比純PLLA支架高11.4%和7.9%。親水性的改善與力學(xué)性能的增強(qiáng)均有利于促進(jìn)細(xì)胞的粘附和鋪展，從而提高支架材料的細(xì)胞親和性。
理化性能表征
（包含a-d的支架結(jié)構(gòu)電鏡圖、WCA測試、XPS分析及f的藥物釋放曲線）
實驗結(jié)果
抗菌及細(xì)胞實驗
體外藥物釋放實驗顯示了丁香酚的早期快速釋放，以及DMOG和Mg2?的長期持續(xù)釋放的結(jié)果，這也印證了體外抗菌實驗中添加有丁香酚的復(fù)合支架對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的24小時抑菌率均達(dá)到85%以上。與此同時，體外細(xì)胞實驗也顯示了復(fù)合支架優(yōu)異的生物相容性和細(xì)胞親和性。
（包含a的細(xì)菌培養(yǎng)結(jié)果、b-d的細(xì)胞染色及SEM觀察圖像）
成骨與成血管化實驗
通過體外成骨與成血管化實驗的深入驗證，該研究證實了LDHs、DMOG與丁香酚協(xié)同促進(jìn)了成骨基因與成血管基因的上調(diào)，從而表現(xiàn)出支架的鈣結(jié)節(jié)生成能力的提高以及細(xì)胞遷移能力與小管形成性能的改善。
（包含鈣結(jié)節(jié)染色、成骨基因（Runx-2、OCN、ALP、OPN）和血管生成基因（CD31、HIF-α、eNOS）表達(dá)分析）
動物模型實驗
通過體內(nèi)大鼠顱骨臨界性缺損動物模型發(fā)現(xiàn)復(fù)合支架組的骨體積分?jǐn)?shù)（BV/TV）和體積骨密度（BMD）均顯著高于BLANK組和PLLA組，由此也進(jìn)一步驗證了復(fù)合支架優(yōu)異的促進(jìn)骨生成的能力。
（a為不同時間點(diǎn)（4周、8周、12周）的Micro-CT圖像；b為骨體積分?jǐn)?shù)（BV/TV）統(tǒng)計；c為骨密度（BMD）統(tǒng)計）
