鍶/硅/鈣釋放分層結構的 3D 打印支架加速骨軟骨缺損修復

關節軟骨缺損是骨科手術中一個突出的臨床難題，也是導致殘疾的一個主要原因。然而，由于軟骨具有無血管性質和獨特的結構特征，受損軟骨的再生潛力明顯受到限制，尤其是大面積軟骨缺損的再生極具挑戰性。而三維打印技術憑借可以精確控制尺寸、形狀和結構等因素，已成為以省時、經濟的方式生成患者特異性組織缺損再生的基石。

之前的研究表明，與非結構化支架相反，分層結構的 3D 打印支架獨特地調節了各種組織再生過程，包括免疫反應、血管生成和干細胞歸巢。而鍶（Sr）在骨再生治療中得到了廣泛應用，已被證明具有增強軟骨細胞增殖和成熟、誘導巨噬細胞 M2 極化并促進人骨髓來源的間充質干細胞的軟骨形成分化的作用。但是，全面了解鍶對同時調節骨軟骨缺損中軟骨和骨修復的治療作用的研究還很少。因此，檀國大學組織再生工程研究所的程吉麗及其團隊將聚己內酯 (PCL)、生物活性納米玻璃 (SrBGn)和冰片（一種造孔劑）的混合物進行逐層 3D 打印，形成一種具有宏觀孔隙、微觀孔隙和納米拓撲結構的層次結構，且該支架可以持續釋放鍶/硅/鈣離子，為開發用于骨軟骨缺損修復提供了一種有前途的策略。

為了制備這種支架，首先使用了溶膠-凝膠法合成生物活性納米玻璃SrBGn，在該方法中，Sr、Si 和 Ca 前驅體在水和氫氧化銨混合物中通過靜電相互作用與十六烷基三甲基溴化銨 （CTAB） 形成膠束。乙氧基乙醇穩定了膠束的形成，促進了縮聚和中孔的產生。然后在丙酮中制備由 PCL、SrBGn 和莰烯組成的復合溶液，并在乙醇浴中進行3D打印。由于 PCL 的良好溶劑丙酮和非溶劑乙醇之間的相分離，復合絲迅速凝固。隨后，將復合支架凍干，通過升華去除莰烯，從而在支架內形成高度多孔的結構。

作者團隊通過體內和體外實驗均證實了該支架的關鍵功能即軟骨修復性能，SrBGn-μCh在植入20周后內缺損部位已與周圍健康組織無縫整合（圖2a），染色圖像、細胞環狀和聚集評估圖以及顯微CT圖像等也進一步表明其修復功能最強。表明所研究的支架在骨缺損修復過程中的骨和軟骨修復均具有良好的結果。

以PCL為支架的主要材料，用于提供機械強度和可降解性，輔之生物活性納米玻璃SrBGn，作者團隊開發了一種具有離子釋放和分層結構的骨軟骨修復支架，為軟骨修復提供了一種新的途徑。

參考文獻：
C. J. Li, J.-H. Park, G. S. Jin, N. Mandakhbayar, D. Yeo, J. H. Lee, J.-H. Lee, H. S. Kim, H.-W. Kim, Strontium/Silicon/Calcium-Releasing Hierarchically Structured 3D-Printed Scaffolds Accelerate Osteochondral Defect Repair. Adv. Healthcare Mater. 2024, 13, 2400154.

來源：中國機械工程學會增材制造技術（3D打印）分會
供稿人：姜澤鑫、孫暢寧 供稿單位：西安交通大學精密微納制造技術全國重點實驗室