低溫印刷和靜電紡絲法相結合制備軟骨組織工程支架

DOI：10.1016/j.bprint.2019.e00056

骨關節炎是關節炎的主要形式，并且是導致殘疾的主要原因。組織工程支架顯示出治療軟骨缺損的巨大希望。軟骨由復雜的體系結構組成，這對其性能和功能起著很大的作用。在這項研究中，作者使用低溫印刷和靜電紡絲制造了高度多孔的多區域支架。發達的多區支架成功地模仿了天然軟骨中膠原纖維取向的復雜結構。將間充質干細胞接種到多區域支架上。細胞活力，DNA定量和熒光染色表明，體外培養4周后，這些支架支持間充質干細胞的附著和活力。此外，關鍵的軟骨形成因子糖胺聚糖在培養4周后得以維持。與相分離的對照相比，多區支架的壓縮性能明顯降低，使其在機械上適合于軟骨。總的來說，該研究產生了多區域支架，其表達的結構類似于天然軟骨及其結果證明了多區域支架具有作為MSC附著和存活平臺的能力，突出了在軟骨組織工程學中的潛力。

圖1.腳手架的設計和架構。（A）冷凍印刷的螺旋線，多層支架的底層。（B）多區支架：帶有電紡中層和頂層的低溫印刷螺旋。（C）多區支架的SEM圖像顯示底部螺旋區和其下方的中間隨機取向的纖維層。（D）多區支架的頂層，排列的電紡纖維。（E）多區支架的中間層，隨機取向的纖維。（F）多區支架的螺旋底層，表面多孔。（G）該圖說明了多區支架的各個層。

圖2.支架形態表征。（A）印刷的螺旋線，多區域支架的底層，線束直徑分析。（B）印刷的螺旋，多區支架的底層，孔徑分析。（C）隨機取向的纖維，多區支架的中間層，纖維直徑分析。（D）排列的纖維，多區支架的頂層，纖維直徑分析。（E）表列出了平均纖維和孔徑。

圖3.支架生化評估。（A）細胞活力，將熒光在24 h標準化至P / S對照支架。（B）DNA定量。（C）硫酸化的GAG含量。（D）GAG / DNA比。誤差線=標準誤均值，n=4. 統計顯著性表示為* p <0.05，** p <0.01；采用具有Tukey事后測試的單向方差分析法。

圖4.腳手架的增量壓縮楊氏模量介于0和5、5-10、10-15和15-20％應變之間。誤差線=標準誤均值，n= > 4。統計顯著性表示為* p <0.05，** p <0.01和*** p <0.001；采用具有Tukey事后測試的單向方差分析法。

圖5.在多區域，相分離（P / S）和電紡（ESP）支架上分別放置24小時和4周后，雙光子激發熒光（TPEF）和相干抗焦炭拉曼散射（CARS）圖像顯示了MSC在支架上的附著。

圖6.多區支架的表征。（A）多區支架的SEM圖像。（B）多區支架的熒光圖像顯示MSC定位在電紡纖維頂部螺旋空間內。（C）在24小時將MSC的Z stack連接至多區支架。（D）MSC的Z堆棧以4wks附著在多區支架上。（E）多區域支架的基因表達。GAPDH管家基因的正常值與24小時時間點的基因表達相關。相對表達是使用2^-ΔΔCt方法計算的。誤差線=標準誤均值，n= > 3。