聚己內(nèi)酯/透明質(zhì)酸水凝膠打印結(jié)構(gòu)支架以實現(xiàn)有效的骨再生

來源：生物設(shè)計與制造

在骨病中，在移植部位周圍沒有骨組織或骨組織狀況不佳的情況下，骨傳導(dǎo)功能非常低。因此，臨床治療需要骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性方面的有效骨移植，本研究論文聚焦聚己內(nèi)酯/透明質(zhì)酸水凝膠打印的三維kagome結(jié)構(gòu)支架使BMP-2緩慢釋放以實現(xiàn)有效的骨再生。

最近，三維（3D）kagome（截半六邊形鑲嵌）結(jié)構(gòu)的機械性能被證明有利于骨組織再生。在這項研究中，研究人員使用3D打印技術(shù)制造了含有透明質(zhì)酸（HA）基水凝膠的聚己內(nèi)酯（PCL）kagome結(jié)構(gòu)支架。用大鼠顱骨皮下模型在體內(nèi)評估水凝膠在支架中的保留能力3周，并將結(jié)果與使用含有HA基水凝膠的常規(guī)3D打印PCL網(wǎng)格結(jié)構(gòu)支架，還有塊狀HA基水凝膠獲得的結(jié)果進行比較。通過體內(nèi)成像系統(tǒng)分析進一步評估了kagome結(jié)構(gòu)支架中殘留的水凝膠。為了進一步增強kagome結(jié)構(gòu)支架的骨誘導(dǎo)性，制備了含有HA水凝膠的骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（BMP-2）的PCL kagome結(jié)構(gòu)支架，并將其植入兔的顱骨缺損模型中16周。通過H&E、Masson的三色染色和顯微CT圖像分析評估骨再生特征。

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圖1 PCL支架示意：a kagome結(jié)構(gòu)；b 一般網(wǎng)格支架；c 含水凝膠的kagome結(jié)構(gòu)；d含水凝膠的網(wǎng)格支架；e 暴露面積；f 丙烯酸化透明質(zhì)酸合成

圖2 本研究打印的PCL支架，孔隙大小與孔隙率

圖3 a 體內(nèi)成像結(jié)果圖；b 相對體內(nèi)成像投影面積；c 計算所得降解率

圖4 a CT圖；b 新骨生成率

圖5 在4周和16周時對兔顱骨缺損模型進行組織學(xué)評估，并進行Masson三色染色（1.25×）。黑色虛線表示kagome結(jié)構(gòu)支架植入的區(qū)域，黃色虛線表示放大圖像的區(qū)域。a 第1組：無缺陷植入模型；b 第2組：kagome結(jié)構(gòu)支架；c 第3組：帶有HA基水凝膠的kagome結(jié)構(gòu)支架；d 第4組：帶有BMP-2/HA基水凝膠的kagome結(jié)構(gòu)支架（比例尺：1 mm）

圖6 第4周和第16周進行的H&E和Masson的三色染色在兔子顱骨缺陷模型（40×）。a 黑色箭頭表示血管區(qū)域，黑色虛線表示層狀骨（比例尺：100 μm）；b 膠原蛋白密度；c 礦化骨密度（n=4，*p<0.05對第4組，**p<0.01對第4組，***p<0.001對第4組）