尋找理想的骨再生性植入物仍然是臨床上一個持續的挑戰。天然骨組織的微觀結構中，堅實的無機成分(羥基磷灰石)主要負責支撐、保護和承重，而柔軟的有機成分（膠原纖維，多糖）在干細胞的增殖和遷移中起著重要作用。因此，有效地模擬天然骨軟硬結合的雜化的結構與功能，有助于調控干細胞命運來改善骨再生進程。3D打印技術可以用于組織工程支架結構的精確控制，特別是創建有序孔隙和用戶自定義結構，被廣泛應用于組織工程領域。然而，目前以PCL，PLA等為主的擠出式3D打印支架難以提供組織重塑過程中長期穩定的營養供給，同時其表面缺乏活性配體，這會導致無效的細胞粘附和下游細胞事件，難以模擬骨組織再生過程所需的生理微環境。
針對以上問題，四川大學生物醫學工程學院/國家生物醫學材料工程技術研究中心孫勇研究員/樊渝江教授在前期的工作基礎上（Nat. Commun., 2022; Adv. Funct. Mater., 2023），利用多巴胺介導的化學整合，將仿生胞外基質凝膠修飾在聚多巴胺涂層的3D打印PCL支架中，構建了軟-硬結合的活性骨修復體（BM-g-DPCL，圖1）。該策略改善了3D打印支架植入后的再生微環境，對于成骨基質的重塑起到重要作用。其中，梯度多孔結構設計有利于潛在的細胞遷移和營養傳質；聚多巴胺涂覆的“硬”性PCL支架促進鈣離子螯和及隨后的類骨質沉積，并維持植入體的力學環境；多酚基團化學錨定的“軟”性凝膠基質改善再生微環境，增強了干細胞的粘附、增殖和成骨分化?；钚怨切迯腕w（BM-g-DPCL）加速內源性干細胞(ESCs)募集，并啟動了快速的血管形成（圖2）。在兔顱骨缺損模型(Φ = 10 mm)中，活性支架促進新生組織與植入體界面融合，誘導新生骨基質在支架內部沉積（圖3）。蛋白質組學確認細胞因子粘附、生物礦化沉積、快速血管化及促進胞外基質形成是加速骨缺損愈合的主要因素（圖4）。這種仿生的軟硬組分高度化學鍵和的策略提供了無細胞/無因子的組織工程支架再生的新策略。
圖1 活性骨修復體BM-g-DPCL的構建
圖2 仿生基質加速rBMSCs體外遷移和體內內源性干細胞（ESCs）募集
圖3 兔臨界顱骨缺損的內源性骨再生
圖4 差異的蛋白表達揭示成骨分化機制
相關研究成果以“Covalently grafted biomimetic matrix reconstructs the regenerative microenvironment of the porous gradient polycaprolactone scaffold to accelerate bone remodeling”為題于2023年2月發表在《Small》。研究工作受到國家自然科學基金項目 (Nos. 32271419；32071352) 和四川省重點研發項目 (No. 2020YFS0462)支持。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202206960
