基于生物3D打印的鼻软骨修复与再生方法研究

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软骨组织自我修复能力非常有限,一旦受损,会导致损伤部位肿胀和疼痛,甚至引发更严重的炎症反应。特别是鼻软骨组织的损伤,尽管目前有很多方法可以实现修复,但翻修率超过15%,并且制备适应患者特异性的鼻软骨结构仍然是一个难题。3D生物打印技术可以根据患者损伤部位的图像数据,在计算机辅助下使用细胞和生物材料沉积来精确地制造复杂的个性化组织工程结构,为解决该问题带来了新的思路。生物材料的选择和支架的结构对于使用3D生物打印技术解决组织的重构和修复问题至关重要。本文针对3D生物打印构建鼻软骨组织工程水凝胶支架进行了研究,主要研究内容如下:(1)以甲基丙烯酸酯化明胶(Gel MA)和甲基丙烯酸酯化透明质酸(HAMA)为基础,加入细菌纤维素(BC),制备了BC增强型水凝胶Gel MA/HAMA/BC(GH-BC)。通过对内部结构、流变学、力学、溶胀性、体外降解性以及生物相容性分析得出了加入不同浓度BC的复合水凝胶的理化特性:随着BC浓度的增加,复合水凝胶的力学性能、粘度以及降解性能随之提升,但细胞的增长率、存活率以及Ⅱ型胶原(COLⅡ)和蛋白聚糖(AGG)表达有所下降。(2)使用GH-BC水凝胶预制溶液和小鼠软骨细胞(ATDC5)的混合溶液进行3D生物打印,制备了软骨组织工程体外构建体,并对构建体内的细胞进行生物学活性分析。结果表明GH-BC复合水凝胶拥有很好的可打印性能,且3D打印支架中的细胞存活率高、COLⅡ和AGG表达出色。(3)将Gel MA和多巴胺(DA)进行耦合反应,制备了Gel MA-DOPA,以提高水凝胶的韧性。结合GH-BC水凝胶,制备了HAMA/BC/Gel MA-DOPA(HB-GD)复合水凝胶,并对其进行了理化分析。结果表明该水凝胶的力学性能进一步提升,杨氏模量最高可达158 k Pa。对HB-GD复合水凝胶进行3D打印和体外培养,实验结果表明,ATDC5细胞在HB-GD水凝胶中的增殖速度以及蛋白表达均优于GH-BC水凝胶。综上所述,本文构建的两种复合型水凝胶均拥有良好的机械性能和细胞相容性。ATDC5细胞在3D打印的支架中表现出明显的增殖、迁移和分化,为鼻软骨组织再生提供了有利的工具。
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