期刊速递3D打印I型胶原丝素蛋白 [复制链接]

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3D打印I型胶原/丝素蛋白复合支架材料制备及牙髓细胞实验流程

摘要

REGENERATIVEBIOMATERIALS

本课题组通过低温沉积3D打印技术制备不同孔径的I型胶原/丝素蛋白复合支架材料，观察其对牙髓细胞增殖分化的影响。为胶原/丝素蛋白复合支架材料用于组织工程牙髓-牙本质复合体再生研究提供前期实验基础。

研究内容简介

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本课题组运用三维制图软件Solidworks设计胶原/丝素蛋白复合支架结构，通过低温沉积3D打印技术制备小、中、大三种不同孔径的支架材料，扫描电镜观察支架材料形貌，测定各组材料的孔径、孔隙率、吸水膨胀率及压缩力学性能等。取第3～4代hDPCs接种于三种支架材料上，通过扫描电镜观察、CCK-8检测、碱性磷酸酶活性检测及苏木素-伊红染色观察细胞黏附、增殖及分化情况。结果显示制备的小、中、大三种孔径I型胶原/丝素蛋白复合支架材料形态规则，支架材料内布满微孔，各孔间彼此连通。三种不同孔径的胶原/丝素蛋白复合支架材料均有一定的压缩弹性，hDPCs沿三组支架材料的孔隙呈复层生长，细胞形态良好。该实验为胶原/丝素蛋白复合支架材料用于组织工程牙髓-牙本质复合体再生研究提供前期实验基础。

一、胶原/丝素蛋白复合支架材料制备及性能检测

鉴于支架材料的材料性能、孔径、孔隙（孔隙大小、孔隙形态）、降解速度等都会影响种子细胞的黏附、增殖及其分化，本研究设计制作三种不同孔径的胶原/丝素蛋白复合支架材料，孔径分别为±27μm、±36μm、±43μm；孔隙率分别为69.8±2.2%,80.1±2.8%,86.5±3.3%；吸水膨胀率分别为.7±28.0%、.7±39.5%和.5±65.2%；三种孔径的支架材料均有一定的压缩弹性，去除外力可自动恢复原形，弹性模量分别为.6±79.8kPa、.0±21.7kPa和.9±46.1kPa；扫描电镜显示制备的不同孔径的胶原/丝素复合支架除了规则的大孔外，还布满了形状不规则的微孔。研究结果显示，通过3D打印技术制备的支架材料具有高精度三维立体结构，利于细胞养分的吸收及代谢物质的转运，能够为细胞黏附、生长提供适宜的微环境，利于细胞间的信号传递，能够增强细胞的功能活性，从而在体外构建出类似组织的三维结构。

图2：胶原/丝素蛋白复合支架材料形貌特点

图3：不同孔径复合支架材料的压缩应力-应变曲线

二、胶原/丝素蛋白复合支架材料对牙髓细胞增殖分化的影响

人牙髓细胞接种于支架材料24h后扫描电镜观察细胞在材料表面黏附，细胞伸出伪足；共培养7d显示细胞在支架表面和侧壁生长良好，细胞复层生长，细胞数目较1d时明显增多，细胞伸展充分，可见细胞间伪足相互融合，细胞开始从支架材料表面向孔隙中央生长，并有球状颗粒沉积。

图4：牙髓细胞在复合支架材料上黏附生长

图5：组织形态学观察结果

三、研究展望

总体而言，低温沉积3D打印制备的I型胶原/丝素蛋白复合支架材料是一种性能较好的生物工程支架材料。该支架材料生物相容性好，利于HDPCs的粘附增殖，有望用于组织工程牙髓-牙本质复合体再生。但仍需动物实验进一步验证。

牙髓-牙本质复合体再生的最终目标是恢复牙齿的功能，延长牙齿的寿命。牙髓组织作为一种高度神经支配和血管化的组织。牙髓-牙本质复合体的血管生成和神经再生非常重要。尽管有研究获得牙髓样组织再生，具有新生血管和神经支配。然而，仍需进一步研究探讨更为可靠和有效的牙髓治疗方法。本研究证明I型胶原/丝素蛋白支架可促进人牙髓细胞的增殖和分化。在未来，我们将探索该支架材料对新生血管和神经支配的影响。

课题组简介

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通讯作者：邹慧儒，医院（医院），主任医师，硕士研究生导师。主持多项课题，以第一作者或通讯作者发表相关科技论文30余篇。研究方向为牙髓-牙本质复合体再生以及龋病精准诊疗研究等。

通讯作者：李瑞欣，医院（医院），副研究员。长期从事生物材料、生物力学和组织工程等方面的研究。主持国家级、省市级课题多项，以第一作者或通讯作者发表科技论文30余篇。

资助信息

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该研究得到了国家自然科学基金委（），天津市自然科学基金（JCYBJC），药物化学生物学国家重点实验室开放课题（），全牙再生与口腔组织功能重建北京市重点实验室资助（KFKT），天津市卫健委（ZD,KY24,KY23)的支持。

原文信息

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ShihuiJiang,ZhaoxiaYu,LanruiZhang,GuanhuaWang,XiaohuaDai,XiaoliLian,YanYan,LinpuZhang,YueWang,RuixinLi,HuiruZou,Effectsofdifferentaperture-sizedtypeIcollagen/silkfibroinscaffoldsontheproliferationanddifferentiationofhumandentalpulpcells,RegenerativeBiomaterials,Volume8,Issue4,August,rbab,