载血小板衍生生长因子生物打印半月板支架的制(4)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】2.7 不同支架上的细胞活性观察 滑膜间充质干细胞在不同支架上培养4 d 后的死活染色结果如图7 所示,3 组支架上的细胞活力均较好,染色成红色的死细胞
2.7 不同支架上的细胞活性观察 滑膜间充质干细胞在不同支架上培养4 d 后的死活染色结果如图7 所示,3 组支架上的细胞活力均较好,染色成红色的死细胞较少,细胞大多密集生长在接种细胞的支架表面,相对于PCL 支架,3D 生物打印PCL/GelMA/MECM 支架上的细胞数量更多,负载PDGF 支架上的细胞生长最为密集。
2.8 不同支架上细胞的黏附及生长观察 滑膜间充质干细胞在3D 生物打印组织工程半月板支架上的第1,4,7 的扫描电镜结果如图8 所示,微观角度观察可见细胞均附着于支架表面生长,且形态多变且产生大量细胞外基质,PCL/GelMA/MECM 及PCL/GelMA/MECM/PDGF-BB 支架均可见细胞紧密贴附并生长入微孔内,产生的丝状细胞外基质相较于对照组更为明显。
3 讨论 Discussion
原位组织工程技术应用于半月板再生修复领域,不仅需要构建具备生物力学性能和细胞亲和性的支架,还亟需解决如何募集到足够的自体细胞(尤其是干细胞)并使其充分黏附和增殖于支架材料之上的问题。基于原位组织工程再生理念,实验设计了一种负载PDGF-BB 的3D 生物打印支架,对其基本特性进行了检测和表征,并进一步研究了该支架在体外实验中是否具有促进干细胞的迁移、黏附和增殖的作用。
GelMA 作为一种生物材料被广泛应用于临床当中,除了可打印特性外其还在生物相容性、生物降解性和毒性方面都有着明确的适用范围和充分的研究基础[15,25]。去细胞MECM与天然半月板的组织成分类似,并具有一定的促细胞浸润和组织重构作用[26-27]。因此可以利用二者的互补优势,以GelMA 为基础设计制备生物墨水,结合MECM 进一步提升生物相容性。课题组前期研究将GelMA 与MECM 混合交联形成水凝胶,虽然提升了力学性能和细胞相容性等,但仍缺乏足够的机械支撑和生物活性[28]。此次实验利用3D 生物打印技术成功实现了PCL/GelMA/MECM 复合支架的一体化打印,实验结果表明PCL/GelMA/MECM 支架PCL 纤维和生物墨水材料均匀分布,相互贴合较为紧密,未见明显空隙或分隔,提示一体化打印过程较为成功,且冷冻干燥后表面疏松多孔,有利于细胞黏附,支架的整体性优良并与之前研究的结果相近[29]。实验设计支架的压缩模量和拉伸模量均与天然半月板的组织力学指标相符合[27],同时PCL 支架和3D 打印PCL/GelMA/MECM 支架之间的压缩模量和拉伸模量比较差异无显著性意义。
PDGF-BB 作为一种强效的促细胞分裂和趋化的生长因子,能够实现细胞的迅速增殖和有效招募[30-31]。PDGF-BB 在组织原位生成后能够显著促进间充质来源的细胞,如祖细胞、周细胞、成纤维细胞和软骨细胞等的分裂效应[32-33]。PDGF-BB还有其他诸多的作用,例如促血管生成、趋化作用和增加胶原合成等[34-35]。作为半月板愈合过程中发挥趋化活性的关键调节因子,半月板损伤后PDGF 的表达水平会相应降低[18,36];同时,引入关节腔内环境中的生物活性成分会被血液和淋巴循环迅速清除而只能发挥短期的治疗效果[37-38],因此,构建载药组织工程支架并实现药物的缓速和可控释放一直是组织工程关注的核心问题。此次体外缓释实验结果表明,负载有PDGFBB 的支架在前3 d 迅速释放生长因子,并在之后的时期内减缓了因子的释放性,使其缓释时间长达28 d,累计释放率达到80.42%。这种缓释的时-量效特点可使得支架在半月板损伤早期迅速原位募集间充质干细胞及其他新生细胞,后期缓慢线性释放的因子能够维持这种生物学效应并为组织再生持续提供高质高量的内源性细胞。基于GelMA 材料的凝胶在诸多研究中表现出对趋化因子或生长因子的良好缓释特性[39-41],这提示了GelMA 在作为生物墨水的基础材料之外还具有负载生物活性分子有序释放的应用潜力。
实验重点研究了负载PDGF-BB 生长因子3D 生物打印支架对滑膜间充质干细胞迁移性和增殖性的作用,实验结果表明,支架负载的PDGF-BB 生长因子能够有效促使干细胞迁移,这与ZHANG 等[42]的研究结果是一致的。有趣的是,3D生物打印PCL/GelMA/MECM 支架同样展现出来一定的促干细胞迁移作用,这可能是由于细胞外基质基生物材料存留的活性物质可以提供一些诱导干细胞迁移的信号[43]。在CCK-8 检测中,实验组同对照组相比,随着时间的延长,在第4 天和第7 天,负载PDGF-BB 的3D 生物打印支架组展现出明显的增强干细胞增殖的作用,说明PDGF-BB 能够从3D 生物打印支架中迅速释放出来后并保持生物活性,这也同缓释的数据相契合,体外缓释实验相应的在第1 天释放出来的因子比例可达到11.66%。另外,3D 生物打印PCL/GelMA/MECM 支架也具有一定的提升干细胞增殖性的作用,说明半月板支架中的MECM 成分具有良好的生物活性,可以发挥对细胞增殖的正性作用,同YIN 等[44]的研究结果是一致的。此外,3D 打印PCL 支架组与阴性对照组细胞增殖无差异,表明PCL 材料对于滑膜间充质干细胞的增殖作用影响不大,同时也印证了实验中的支架材料均具有安全无毒的特点。
文章来源:《材料保护》 网址: http://www.clbhzzs.cn/qikandaodu/2021/0517/769.html
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