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研究作者及机构
本研究由Yi-Wen Chen、Yu-Fang Shen、Chia-Che Ho、Joyce Yu、Yuan-Haw Andrew Wu、Kan Wang、Cheng-Ting Shih和Ming-You Shie等多位研究人员共同完成。他们分别来自中国医药大学（China Medical University）、亚洲大学（Asia University）、中国医药大学附属医院3D打印医学研究中心（3D Printing Medical Research Center, China Medical University Hospital）以及美国乔治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）等机构。该研究发表于《Materials Science & Engineering C》期刊，发表日期为2018年6月。

学术背景
本研究属于组织工程和生物材料领域，特别是骨组织再生领域。骨组织再生是临床医学中的一个复杂问题，尤其是在深层和复杂骨结构的修复中。近年来，3D打印技术在组织工程中得到了广泛应用，因为它能够精确控制支架的孔隙形态、孔径和孔隙率，从而为骨组织再生提供了新的解决方案。然而，传统的生物材料在促进骨形成和血管生成方面的效果有限。因此，本研究旨在开发一种新型的复合支架，结合了聚多巴胺（polydopamine, PDA）修饰的硅酸钙（calcium silicate, CS）、聚己内酯（polycaprolactone, PCL）以及细胞负载的水凝胶，以促进骨形成和血管生成。

研究流程
1. 支架制备
- 首先，通过烧结氧化钙（CaO）、二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）和氧化锌（ZnO）的混合物制备硅酸钙（CS）粉末，然后将其浸入多巴胺溶液中，经过氧化和聚合反应形成聚多巴胺修饰的硅酸钙（PDACS）。
- 接着，将PDACS与PCL混合，通过热压法制备PDACS/PCL复合支架。
- 使用3D生物打印机（Bioscaffolder 3.1）将复合浆料逐层打印成支架，每层包含500微米的线条，线条间距为500微米，共打印16层。

1. 生物支架制备

   • 在PDACS/PCL支架的孔隙中注入人脐静脉内皮细胞（HUVEC）负载的藻酸盐-明胶水凝胶。
     
   • 使用压电针将Wharton’s jelly间充质干细胞（WJMSCs）直接打印到PDACS/PCL支架表面。
     
   • 最终构建的复合支架包含PDACS/PCL框架、WJMSCs和HUVEC负载的水凝胶。

2. 体外浸泡实验

   • 将支架浸泡在DMEM培养基中，分别在1周、4周、8周和12周后评估支架的重量损失和降解情况。
     
   • 通过扫描电子显微镜（SEM）观察支架表面的形态变化。

3. 生物相容性评估

   • 使用PrestoBlue®试剂检测细胞在支架上的增殖情况。
     
   • 通过活/死细胞染色实验评估细胞在支架上的存活率。

4. 血管生成实验

   • 评估HUVEC在支架上形成血管网络的能力，并通过Western blot检测血管生成标志物（如vWF和Ang-1）的表达水平。

5. 骨形成相关蛋白检测

   • 通过ELISA检测VEGF和OPG蛋白的分泌情况。
     
   • 使用Western blot分析WJMSCs的骨形成相关蛋白（如Runx2、ALP、BSP和OC）的表达水平。

主要结果
1. 支架表征
- X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析证实了PDACS的成功修饰。
- PDACS/PCL支架的亲水性显著优于CS/PCL支架，接触角分别为43°和72°。
- PDACS/PCL支架的压缩强度为5.2 MPa，显著高于CS/PCL支架的1.9 MPa。

1. 细胞增殖与存活

   • 复合支架显著促进了WJMSCs和HUVEC的增殖，特别是在PDACS/PCL支架上，细胞增殖率最高。
     
   • 活/死细胞染色实验显示，复合支架上的细胞存活率显著高于对照组。

2. 血管生成

   • HUVEC在复合支架上形成了复杂的血管网络，且血管生成标志物（vWF和Ang-1）的表达水平随时间显著增加。

3. 骨形成

   • PDACS/PCL支架显著促进了WJMSCs的骨形成相关蛋白（如Runx2、ALP、BSP和OC）的表达。
     
   • VEGF和OPG蛋白的分泌水平在复合支架上显著高于其他组。

结论
本研究成功开发了一种新型的复合支架，结合了PDACS/PCL框架和细胞负载的水凝胶，显著促进了骨形成和血管生成。该支架不仅具有优异的机械性能和生物相容性，还能够通过释放硅离子促进细胞增殖和分化。这种复合支架在骨组织再生领域具有广阔的应用前景，特别是在深层和复杂骨结构的修复中。

研究亮点
1. 首次将PDACS/PCL与细胞负载的水凝胶结合，开发了一种新型的骨组织再生支架。
2. 通过3D生物打印技术实现了支架的精确构建和细胞的高效负载。
3. 该支架显著促进了骨形成和血管生成，为骨组织再生提供了新的解决方案。

其他有价值的内容
本研究还探讨了PDACS在促进羟基磷灰石（hydroxyapatite, HA）沉积中的作用，为支架的生物矿化提供了新的见解。此外，研究还验证了HUVEC在支架上形成血管网络的潜力，为血管化骨组织的构建提供了实验依据。

以上是本研究的主要内容及其学术价值的详细报告。