3D打印纳米羟基磷灰石/聚己内酯支架的生物相容性

摘要

骨组织工程可作为处理颅骨缺损的最后选择。骨组织工程概念包括三个主要部分：支架、细胞和生长因子。其中支架作为最重要的组成部分可为细胞提供支持和空间，并促进细胞增殖、分化、引导周围组织长入。采用3D打印技术可生产出具有理想孔隙大小、孔隙分布、足够力学强度的三维结构支架。许多合成的聚合物、天然的聚合物以及陶瓷类材料已被发展和当作骨组织工程支架材料。目前，单一成分的材料尚难以满足对该类支架的各项苛刻要求；两种或更多种材料相结合可充分发挥各自的优势，这已成为当前骨组织工程支架研究领域的一个趋势。陶瓷/聚合物复合材料作为一种可生物降解材料具有良好的力学强度、骨诱导性、骨传导性和相容性。纳米羟基磷灰石和聚己内酯分别作为陶瓷类材料和合成聚合物材料的典型代表，已被广泛用于骨组织工程支架的研究。
　　目的：对3D打印纳米羟基磷灰石（nano hydroxyaptite, nHA）/聚己内酯(polycaprolactone, PCL)支架进行初步的生物相容性研究，为其进一步研究提供实验基础。
　　方法：SD大鼠骨髓间充质干细胞（Bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs）的分离培养,多种方法对其进行细胞鉴定：采用流式细胞仪法和免疫荧光法检查细胞表面CD34、CD44分子表达情况，同时对细胞进行成骨诱导并行茜素红染色。将3D打印nHA/PCL支架与BMSCs复合培养，扫描电镜下观察细胞在支架上黏附、生长情况。支架浸提液（实验组）培养细胞，倒置相差显微镜下观察细胞形态变化，对照组为 DMEM完全培养基；采用 CCK-8法检测支架浸提液（实验组）对 BMSCs的细胞毒性，对照组为DMEM完全培养基。溶血试验检测支架浸提液（实验组）对新鲜抗凝兔血的溶血反应，阴性对照组为生理盐水，阳性对照组为双蒸水。
　　结果：分离培养第三代细胞呈梭形、贴壁生长。流式细胞仪结果显示细胞表面CD34阳性率0.62%、CD44阳性率96.51%，免疫荧光染色显示细胞表面CD34表达阴性、CD44表达阳性，成骨诱导后的上述细胞进行茜素红染色结果可见橘红色钙结节，经鉴定该分离培养的细胞为BMSCs。扫描电镜显示，3D打印nHA/PCL支架呈多孔隙网状结构，BMSCs能在支架上黏附、生长、增殖和迁移。倒置相差显微镜下观察发现，BMSCs在支架浸提液中生长良好，与对照组之间细胞形态无明显差别。CCK-8法结果表明，在不同时间点实验组吸光度值与对照组比较差异均无显著性意义（P＞0.05），受试支架的细胞毒性等级为1级。溶血试验结果显示，支架浸提液溶血率为1.16%。
　　结论：3D打印nHA/PCL支架具有良好的三维孔隙结构，BMSCs可在支架上黏附、生长、增殖和迁移。3D打印nHA/PCL支架具有良好的生物相容性，可用于进一步动物实验以验证其骨缺损修复的具体效果，并有望成为一种新型颅骨缺损修复材料。

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