脱细胞基质修饰和孔结构梯度分布的3D打印聚己内酯支架的制备、表征及其应用于软骨组织构建

发布时间：2020-07-02 09:25

【摘要】：软骨组织工程方法有望实现软骨再生。近年来研究者提出的复制天然软骨组织“带状”结构的思路是构建软骨结构实现其功能的可行途径。通过对支架材料组成和结构的设计,赋予支架非均相的构造,为细胞提供特异的微环境,引导细胞行为,有望复制天然软骨组成和结构上“带状”分布。本研究借助3D打印技术构建孔结构梯度分布的多孔支架,并结合脱细胞处理原位修饰的方法,制备具有高度生物活性的非均相支架材料应用于软骨组织工程。具体描述如下:首先,通过设定3D打印关键参数,设计和制备具有孔结构可控的聚己内酯(Polycaprolactone,PCL)支架。支架包含相邻三部分,在三部分中相邻两层的纤维夹角分别为30°、45°和60°,而同层中纤维间距为分别为450 μm、400 μm和300 μm,因此支架三部分分别记为30°-450 μm、45°-400 μm到60°-300μm,每部分由六层纤维堆积,支架外形尺寸为10 mm×10 mm×3 mm,孔结构相互连通,孔隙率为56.91%和杨氏模量为48.45 MPa。其次,考察了支架材料上牛关节软骨细胞(Bovine articular chondrocytes,bAC)的黏附、增殖、基质分泌及基因表达。对照支架(分别对应于梯度支架三部分的均相支架),有利于细胞黏附,而梯度支架更能促进细胞增殖和基质分泌。在梯度支架内部,细胞密度和基质含量在三部分之间非均相分布,沿30°-450 μm、45°-400 μμm和60°-300 μm的顺序递减。然后,将在支架上培养14天的bAC原位脱细胞处理,制备了脱细胞基质(Decellularized extracellular matrix,dECM)原位修饰的PCL复合支架(dECM/PCL)。在脱细胞处理后,尽管基质成份有所损失,梯度支架中依然沉积了丰富的基质,致密而平滑,并且局部有网络结构存在,三部分在基质含量和结构方面存在差异。最后,考察了兔骨髓间充质干细胞(Rabbit bone marrow-derived mesenchymal stem cells,rMSCs)在dECM/PCL复合支架上成软骨分化效果,证实所制备的复合支架具有良好的生物活性。复合支架能显著促进rMSCs分泌软骨特性基质和相关基因表达,且在梯度支架三部分呈现梯度分布,由30°-450 μm、45°-400μm和60°-300μm依次降低。通过本研究,为制备具有生物活性的软骨组织工程支架提供了新思路,为构建模拟天然关节软骨组织的“带状”结构奠定了基础,必将推动基于软骨组织工程方法的软骨再生修复的快速发展。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08;TP391.73

【参考文献】