3D打印骨髓间充质干细胞装载的丝素蛋白基双网络支架在软骨组织修复中的应用

疾病或创伤等引起的软骨损伤严重影响和危害患者的生活。成人的软骨组织中没有血管或神经，因此，软骨组织损伤后的自我修复能力有限。近年来，组织工程的飞速发展为软骨的修复和再生提供了新的解决思路，可通过人工手段在体外直接制备含有干细胞的生物支架材料，随后移植到目标组织，实现创伤修复。3D生物打印技术能模仿天然组织或者器官的结构，在时空上对损伤区域的结构和组织进行精确重建，实现病患的个性化治疗，从而解决传统治疗方法存在的不足。丝素是一种具有较好生物相容性、较强力学性能的天然蛋白，在组织工程有着广泛的应用。本论文制备负载干细胞的丝素蛋白互穿网络水凝胶墨水并成功应用于3D打印，实现软骨修复。本文设计制备了负载干细胞的丝素蛋白/羟丙基甲基纤维素（SF/HPMC）双网络水凝胶打印墨水，并用于软骨修复研究。HPMC-MA间经光催化可快速交联形成柔性的第一网络，而HPMC-MA和SF之间的氢键和疏水域协同作用缓慢形成以更小尺寸的β-折叠为主的刚性、脆性的第二网络。进一步地，探索了MA基团的接枝度对HPMC的影响、SF与HPMC-MA混合比例对生物墨水力学性能的影响。实验结果表明，相较于单一网络，SF/HPMC-MA双网络水凝胶的机械性能显著提升；SF/HPMC-MA生物墨水能在37 °C下打印出各种三维支架。同时，细胞实验证明骨髓间充质干细胞可以打印支架内生长与增殖，并实现成软骨定向诱导分化。