骨是一種高度血管化和神經(jīng)支配的組織。骨骼中的神經(jīng)組織影響骨相關(guān)細(xì)胞的行為,是骨修復(fù)的重要調(diào)節(jié)因素,發(fā)揮著獨(dú)特的神經(jīng)支配骨再生作用。創(chuàng)傷性骨缺損會(huì)激活缺損區(qū)域受損的交感神經(jīng)系統(tǒng),進(jìn)而釋放的兒茶酚胺影響骨修復(fù)進(jìn)程。因此,開發(fā)具有抑制骨缺損區(qū)域兒茶酚胺釋放功能的3D生物打印支架對(duì)于骨缺損治療具有重要意義。
近期,東華大學(xué)何創(chuàng)龍教授團(tuán)隊(duì)基于交感神經(jīng)釋放的兒茶酚胺在骨缺損修復(fù)中的潛在影響,利用3D生物打印技術(shù)構(gòu)建了一種具有緩釋硝苯地平和成骨誘導(dǎo)活性的水凝膠支架(SGL-NP@Eth)。通過向生物墨水中添加鋰皂石,改善了生物墨水的可打印性,并提高了支架的力學(xué)強(qiáng)度和促成骨活性,增強(qiáng)了支架的骨再生性能(圖1)。為了賦予支架抑制骨缺損區(qū)域兒茶酚胺釋放的功能,利用醇質(zhì)體(Eth)裝載抑制兒茶酚胺釋放的阻滯劑硝苯地平(NP)得到硝苯地平醇質(zhì)體(NP@Eth),而NP@Eth均勻分散于生物墨水中減弱了NP前期的突釋行為,延長(zhǎng)了NP從支架中持續(xù)釋放的時(shí)間(圖2)。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明,SGL-NP@Eth支架可以抑制神經(jīng)細(xì)胞PC12釋放兒茶酚胺的行為,并通過上調(diào)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)相關(guān)成骨基因的表達(dá)(RUNX2、Osterix、OPN和Col1a)和促進(jìn)礦物基質(zhì)形成來增強(qiáng)骨的生成。另外,SGL-NP@Eth支架能夠通過抑制骨髓單核細(xì)胞(BMMCs)相關(guān)破骨基因Ctsk和TRAP的表達(dá)來抑制破骨細(xì)胞的生成(圖3)。大鼠顱骨缺損模型結(jié)果顯示,SGL-NP@Eth支架表現(xiàn)出最佳的骨修復(fù)效果。綜上所述,本研究基于神經(jīng)支配骨再生的調(diào)控策略,證實(shí)3D生物打印制備的SGL-NP@Eth支架能夠抑制破骨分化和促進(jìn)骨再生,這為研究神經(jīng)支配對(duì)骨修復(fù)的調(diào)節(jié)作用提供了新的思路。
圖4 體內(nèi)兒茶酚胺釋放的抑制作用和骨再生性能評(píng)價(jià)
- 西南交通大學(xué)黃楠教授/楊志祿副教授課題組:基于協(xié)同配位和兒茶酚胺化學(xué)構(gòu)建具有原位催化一氧化氮釋放功能的心血管支架 2018-06-20
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- 東華大學(xué)何創(chuàng)龍教授團(tuán)隊(duì)《Adv. Funct. Mater.》:3D生物打印支架重塑神經(jīng)調(diào)節(jié)微環(huán)境促進(jìn)骨再生 2023-06-02
- 哈佛醫(yī)學(xué)院Y. Shrike Zhang課題組 PNAS:雙水相嵌入(生物)打印構(gòu)建無(wú)海藻酸、獨(dú)立、可灌注的超細(xì)和超薄壁管狀結(jié)構(gòu) 2023-02-07
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