DOI:10.1038/s41427-020-0234-7
分層有序的支架對細胞圖案化和組織工程有著重要的影響。與傳統的線性圖案支架相比，將可控線圈引入支架可提供一個額外的獨特結構特征，并且可以大大增加其內部復雜性和多功能性。在這項工作中，使用速度編程的熔體靜電紡絲書寫（sMEW）創建的具有分層有序圖案和可調線圈密度的3D線圈壓實支架成功地導致了細胞密度可調圖案中的體外細胞生長。小鼠皮下植入顯示出良好的體內生物相容性，小鼠血清中的腫瘤壞死因子α（TNF-α）和白介素6（IL-6）水平沒有明顯升高。此外，成功地打印出一個腰椎狀支架，可使間充質干細胞以所需的圖案生長。由可編程的短距壓縮線圈組成的長距圖案化矩陣通過易于沉積短距致密線圈的二級結構以及定制的一次系統設計，可以設計出復雜的結構，例如定制植入物。
圖1.定向線圈和三角形圖案周期性的速度控制。a）MEW儀器示意圖。b）MEW在90℃下以左側所示的不同階段速率制備的PCL纖維的SEM圖像。c）定向線圈在90℃的周期性以及理論擬合曲線與階段速率的函數關系。d，e）在可變速度下，通過單向（d，1層和e，10層）和雙向（f，1層和g，10層）路徑靜電紡絲PCL纖維的SEM圖像。h，i）1層（h）和10層（i）的放大圖像（相應的速度以mm/min為單位標記在圖像上）。
圖2.菱形圖案設計的速度控制。a）以結構間隙（g）和長對角線長度（d）為參數的周期性菱形圖案設計的示意圖。b）在（c）中使用了階梯速度曲線來制作菱形圖案PCL纖維。c-q）由可控階段速度在一個方向（c-k，p1.1-1.3）和兩個方向（l-n，p2.1-2.3和o-q，p3.1-3.3）形成菱形圖案PCL纖維的SEM圖像，顯示各種結構間隙和周期性對角線長度。彩色條標記相應的線圈密度。
圖3.細胞圖案及其體內生物相容性。a-c）7天后，含EGFP-hMSC-TERT細胞的圖案化PCL織物的SEM圖像（1），熒光顯微鏡圖像（2），2D（3）和3D（4）共聚焦顯微鏡圖像（a，圖案1.1；b，圖案2.1；c，圖案3.1）。（藍色：核，綠色：f-肌動蛋白）。d）將EGFP-hMSC-TERT細胞接種到圖案化PCL支架上24小時后收集的培養基中的LDH活性測定（n=6）。e）圖案化PCL織物上的細胞增殖（n=6）。f，g）PCL植入前以及植入后第3天和第7天，健康小鼠血清中的相對IL-6（f）和TNF-α（g）水平。n=3；*p≤0.05；**p≤0.005；***p≤0.001。
圖4.p2.1支架的局部力學性能測量。a）用于局部機械性能測定的膠體探針的SEM圖像。b）基于AFM的力-距離曲線示意圖（DMT模型）和擬合方程。c）在針尖位置6、8和10處基于AFM的拔出力-距離曲線。d）菱形圖案樣品的光學顯微鏡圖像，顯示不同的針尖位置。e）菱形圖案支架的理論線圈密度。f）由AFM在不同尖端位置測量的DMT模量。
圖5.腰椎樣支架設計和細胞培養。a）腰椎示意圖。b）由G代碼設計的腰椎狀支架，速度為200mm/min。c，d）腰椎狀支架的顯微圖像。e-h）在細胞接種之前（e，f）和細胞培養7天（g，h）之后腰椎狀支架的SEM圖像。i-p）細胞培養后第1天（i，j），第3天（k，l），第5天（m，n）和第7天（o，p）腰椎狀支架的熒光顯微鏡圖像。
