構(gòu)建硬材料和細(xì)胞一體化3D打印新技術(shù)和發(fā)現(xiàn)骨細(xì)胞Dll4調(diào)控骨髓基質(zhì)細(xì)胞成骨分化

來源：生物設(shè)計(jì)與制造


本研究論文聚焦如何提高3D打印硬材料里細(xì)胞的存活率和控制細(xì)胞命運(yùn)問題。3D打印硬材料可以適配骨的形狀和加強(qiáng)力學(xué)支撐，本文設(shè)計(jì)了一種硬材料和細(xì)胞一體化3D打印技術(shù)體系，構(gòu)建調(diào)控骨發(fā)育信號(hào)（Notch），引導(dǎo)骨髓基質(zhì)細(xì)胞成骨分化的硬材料支架。建立了聚己內(nèi)酯（PCL）和細(xì)胞集成3D打印系統(tǒng)（PCI3D），交互打印PCL束和負(fù)載細(xì)胞的水凝膠束，并形成網(wǎng)絡(luò)通道，遞送營養(yǎng)。PCI3D模塊中細(xì)胞存活率超過87%，培養(yǎng)7天細(xì)胞增殖6倍。

骨細(xì)胞MLO-Y4過表達(dá)Notch配體Dll4，在PCI3D模塊中與75%的基質(zhì)細(xì)胞混合后占25%。與Dll1或Dll3等其他delta樣家族成員不同，骨細(xì)胞Dll4促進(jìn)小鼠原代和骨髓基質(zhì)細(xì)胞系成骨分化和礦化（長達(dá)28天）。機(jī)制研究上，使用Cre重組酶條件性敲除原代骨髓基質(zhì)細(xì)胞（BMSCs）Notch轉(zhuǎn)錄因子RBPjκ后，失去對(duì)骨細(xì)胞Dll4的應(yīng)答，因而不能產(chǎn)生成骨分化。研究結(jié)果表明，骨細(xì)胞Dll4激活BMSCs的依賴于RBPjκ的經(jīng)典Notch信號(hào)，促使BMSCs定向分化。此外，骨細(xì)胞Dll4顯示促血管生成的潛力。骨細(xì)胞Dll4是決定細(xì)胞朝向成骨細(xì)胞分化的成骨微環(huán)境，將打破傳統(tǒng)骨科植入物的生物活性低的局限，開辟應(yīng)用新途徑。

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圖1 Graphic abstract


圖2 PCI3D模塊中細(xì)胞活力和增殖活性


圖3 骨細(xì)胞Dll4促進(jìn)PCI3D模塊里細(xì)胞的成骨分化


圖4 骨細(xì)胞Dll4促進(jìn)PCI3D模塊礦化


圖5 骨細(xì)胞Dll4激活BMSCs中RBPjκ依賴的經(jīng)典Notch信號(hào)，使其定向成骨細(xì)胞分化


圖6 骨細(xì)胞Dll4促進(jìn)血管生成