骨细胞对附加制造的3D微型架构的反应,具有受控的波桑比率:辅助性与非辅助性元生物材料

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 细胞生物学 细胞生物学
• 机械工程 机械工程

背景情况:

• 波桑比率和弹性模量决定生物材料的机械性能.
• 细胞对弹性模量反应得到了很好的研究,但波桑比率效应在很大程度上是未知的.
• 超生物材料微型架构影响多个参数 (波桑比率,多孔性,毛孔大小,弹性模量),使单独的研究变得复杂.

研究的目的:

• 通过计算设计具有受控制的波桑比率的元生物材料.
• 为了研究波桑比率对前骨质细胞响应的影响.
• 评估这些元生物材料在骨组织工程中的潜力.

主要方法:

• 具有可调节的波桑比率 (-0.74到+0.74) 的元生物材料的计算设计,同时保持一致的孔隙性,孔隙大小和弹性模量.
• 使用二光子聚合 (2PP) 进行增材制造,用于微规模的3D元生物材料.
• 实验室细胞培养研究用小鼠前骨质细胞,机械评估,以及对代谢活动,细胞透,骨质分化和矩阵矿化进行检测.

主要成果:

• 与负波桑比率材料相比,具有正波桑比率的元生物材料表现出明显更高的代谢活性.
• 所有设计的元生物材料都支持在17天内完成细胞透和支架覆盖.
• 扫描电子显微镜揭示了细胞诱导的明显变形 (收缩,曲) 在不同的Poisson比率.
• 骨质分化和矩阵矿化试验表明了这些元生物材料在骨再生方面的潜力.

结论:

• 波桑比率是一个关键参数,影响骨细胞在元生物材料中的代谢活性.
• 开发的元生物材料,无论Poisson比率如何,都支持骨质分化和矩阵矿化.
• 这些发现为设计先进的骨元植入物和3D骨组织模型提供了途径.