应用新型生物墨水和聚己内酯3D生物打印骨-软骨复合组织块修复关节软骨缺损

来源：中华骨科杂志2021年第16期北京时间：

作者：左强,张啸,刘杨,罗春阳,范卫民,刘锋

单位：江苏省人民医院,江苏省人民医院,江苏省人民医院,江苏省人民医院,江苏省人民医院,江苏省人民医院

摘要：目的 应用新型生物墨水和聚己内酯（polycaprolactone，PCL）通过3D生物打印构建骨-软骨复合组织块，并评估其修复关节软骨缺损的效果。方法 实验分为三组：①丝素蛋白（silk fibroin, SF）-磷酸三钙冻干支架组（冻干组），应用冻干法制作的SF-TCP复合支架修复软骨缺损，作为对照；②3D生物打印组（3D打印组），以PCL为原料通过3D生物打印机打印一个中空的多层圆柱体框架，后以软骨细胞外基质、SF和骨髓间充质干细胞为原料配置新型生物墨水，并在PCL框架上方继续3D生物打印含有活细胞的软骨层，最后于底层的PCL框架中充填自体松质骨，以此构建骨-软骨复合组织块修复关节软骨缺损；③自体骨软骨移植组（马赛克组），通过自体骨软骨移植术修复软骨缺损，作为对照。术后3个月通过国际软骨修复协会（International Cartilage Repair Society，ICRS）软骨修复组织学评分系统对修复组织进行评分。通过测定硫化糖胺聚糖（sulfated glycosaminoglycan，sGAG）和胶原蛋白含量可分析软骨细胞外基质分泌的程度。通过测定缺损修复区域组织的压缩模量评价修复组织的性状。结果 3D打印组新生软骨的压缩模量（2.56±0.30）MPa和马赛克组（2.51±0.13）MPa相接近（ >0.05），明显高于冻干组（1.37±0.14）MPa且差异具有统计学意义（ =11.058， 0.05），明显高于冻干组（8.72±0.73）μg/mg且差异有统计学意义（ =20.973， 0.05）。ICRS软骨修复组织学评分结果表明，在基质、细胞分布、细胞群活力和软骨下骨4项评分中，3D打印组与马赛克组的得分接近（ >0.05），明显高于冻干组且差异有统计学意义（ =19.544， <0.05）；在表面和软骨矿化2项评分中，组间差异无统计学意义。 结论 应用新型生物墨水和聚己内酯通过3D生物打印构建骨-软骨复合组织块能够简化组织工程骨-软骨复合组织块的体外构建，并且可以在体内较好的修复软骨缺损。

关键词：生物打印;打印，三维;细胞外基质;羧甲基纤维素钠;丝素蛋白质类

基金资助：国家自然基金项目81974332; 81902206