DOI:10.1016/j.addma.2020.101452
由創傷或疾病引起的大面積骨缺損對于當前療法而言是一項重大的臨床挑戰。本研究的一個關鍵目標是開發能夠反映人體組織結構的仿生支架，而三維打印是一項重要的使能技術。然而，在現有工藝中，難以模擬天然體系結構中多個長度尺度與各向異性特征的結合。這項研究提出了一種簡單且通用的混合印刷工藝，該工藝采用了螺懸輔助的增材制造技術并結合旋轉靜電紡絲技術來制備雙尺度各向異性支架。現已成功地逐層制備了具有高度定向納米纖維的3D微米級多孔聚己內酯（PCL）結構。并對該支架的形態、力學和生物學特性進行了表征。將人脂肪來源的干細胞（hADSCs）接種在雜化支架上，以評估其結構和各向異性地形線索對細胞附著/增殖和成骨分化的影響。結果表明3D打印的微米級結構具有均勻且清晰的幾何形狀，并且隨著靜電紡絲轉速的增加，納米級靜電紡纖維的排列更加整齊。力學測試結果表明，帶有或不帶有靜電紡網的3D打印支架之間沒有顯著差異。體外試驗結果顯示，具有高密度電紡網的雙尺度支架顯示出更高的細胞接種效率和增殖能力。與沒有靜電紡網的3D打印PCL支架相比，定向納米纖維支架顯示出更高的各向異性細胞骨架組織，其細胞形態明顯拉長。雙尺度支架呈現出改善的總體成骨標志物表達（COL-1、ALP和OCN）。但是，在雙尺度支架和3D打印支架之間未觀察到標準化成骨標記物表達的統計學差異。這可能是由于基底材料PCL的生物活性差而引起的，同時說明了地形信息可能不足以刺激細胞向成骨細胞方向發展。綜上所述，所擬議的制備策略是一種很有前途的新型骨支架設計方法，通過將本文報道的地形線索與使用更多生物活性材料相關的生化線索相結合以調節細胞命運。
圖1：顯示（a）混合印刷工藝，（b）實驗裝置和（c）旋轉靜電紡絲工藝及相應幾何構型的示意圖。
圖2：（a）PHR支架、（b）PH1000支架、（c）PLR支架、（d）PCL支架的SEM圖像；（e）PHR支架的橫截面；（f）PH1000支架的高倍SEM圖像；（g）PH1000支架的纖維取向分析（色標單位：°）；（h）PHR支架的雷達圖顯示了所有方向上的纖維百分比；（i）PH1000支架的雷達圖顯示了所有方向上的纖維百分比。
圖3：（a）所有支架的壓縮模量和（b）表觀屈服應力（NS：無顯著差異）。
圖4：（a）4小時孵育后所有支架的細胞接種效率；（b）MTT結果顯示第4、72和168小時的細胞數；細胞培養1天后（c）PCL支架、（d）PHR支架和（e）PH1000支架的SEM圖像。
圖5：第3天的共聚焦圖像顯示（a）PCL支架，（b）PLR支架，（c）PL1000支架，（d）PHR支架，（e）PHR支架的原纖維取向分析（色標單位：°），（f）PH1000支架，（g）PH1000支架的原纖維取向分析（色標單位：°）。（h）PCL支架中印刷的單絲的高放大倍率圖像，（i）PH1000支架的高放大倍率圖像；（j）PHR支架和（k）PH1000支架上的原纖維取向的雷達圖；（l）I型膠原蛋白染色的半定量（左組為左軸（像素/視野），右組為右軸（像素/細胞））；（m）所有支架的各向異性定量分析（藍色：細胞核染色，綠色：肌動蛋白染色，紅色：I型膠原蛋白染色）。
圖6：雙尺度支架的成骨分化。（a）所有支架在第3、7和14天的標準化RUNX2和（b）總表達；（c）所有支架在第3、7和14天的標準化ALP和（d）總表達；（e）所有支架第21天的標準化OCN和（f）總表達；（g）所有支架第21天的ARS結果。
