骨仿生學和結構工程激發(fā)了人們對優(yōu)化人工支架以實現(xiàn)更好的骨再生的廣泛興趣貢獻力量。然而我有所應，支架孔隙形態(tài)調節(jié)骨再生背后的機制尚不清楚必然趨勢，這使得用于骨修復的支架結構設計具有挑戰(zhàn)性新體系。為了解決這個問題投入力度，來自華南理工大學的況宇迪創造、趙娜如、王迎軍等人仔細評估了三種代表性孔隙形態(tài)（即圓柱形（C）貢獻法治、螺旋形（G）和菱形（D））β-TCP支架的成骨性能（圖1a）設備製造。結果表明 D 型支架通過增強 RhoA/ROCK2 通路的機械信號轉導促進 BM

SC 向成骨分化并分泌更多與遷移相關的生長因子，從而在這些支架中實現(xiàn)最佳骨再生（圖1b）攻堅克難。這項工作為開發(fā)新型生物適應性支架設計提供了對孔隙形態(tài)介導的骨再生機制的見解管理。相關研究成果以“3D printed pore morphology mediates bone marrow stem cell behaviors via RhoA/ROCK2 signaling pathway for accelerating bone regeneration"為題于2023年3月20日發(fā)表在《Bioact. Mater.》上。

圖1 不同孔隙形態(tài)的支架方案及支架-BMSC相互作用機制：（A）具有圓柱形雙向互動、螺旋形和菱形孔形態(tài)的 3D 打印支架效率和安；（B）孔隙形態(tài)介導的細胞骨架力和 BMSCs 的核變形通過 RhoA/ROCK2 信號通路促進骨再生

1. 不同孔形態(tài)的β-TCP支架上的骨髓間充質干細胞行為

成功制備了三種孔結構的β-TCP支架（圖2a），BMSCs在支架上表現(xiàn)出不同的鋪展狀態(tài)(圖2b)品牌。由于細胞的不同伸展和伸長狀態(tài)會影響基因的表達深入開展，這些支架上的BMSCs可能會表現(xiàn)出不同的細胞行為和命運。隨后制備了一種定制的具有整合路徑的支架（每個路徑由一種孔形態(tài)組成）評估BMSCs從支架外到支架內部的遷移行為等形式，如圖2C所示技術的開發。遷移實驗表明，D-和G-支架具有更好的引導骨再生的潛力（圖2D飛躍，E）更高效。CCK8檢測結果顯示，BMSCs在C-支架上的增殖情況明顯好于其他各組(圖2F)重要部署，這可能歸因于類多邊形展開態(tài)引起的內應力的松弛堿性磷酸酶（ALP）活性（圖2G）和RT-qPCR（圖2H）結果顯示具體而言，第7天，D支架組ALP智慧與合力、Col-1喜愛、OCN和Runx2的表達最高，C支架組最開放要求。低發力。上述結果證實了D-支架在這些支架中誘導BMSCs成骨分化效。果達到。最。好不可缺少。此外蓬勃發展，研究了孔形態(tài)對BMSCs血管生成因子旁分泌的影響（圖2I）)。成血管測試表明G-支架組BMSC培養(yǎng)上清液中VEGF和Ang-1的濃度最高（圖2J）積極回應，具有更好的骨再生效果（圖2K,L）重要性。

圖2 骨髓間充質干細胞在不同β-tCP支架上的細胞行為

2. 孔形態(tài)介導的骨髓間充質干細胞行為的信號轉導機制

RNA測序結果顯示，與C組相比多種場景，D組和G組的一些基因表達上調（圖3A）多元化服務體系，表明骨髓間充質干細胞在D-支架中的遷移能力最規劃。強。此外深度，與C-支架組相比帶動擴大，G-和D-支架組中成骨分化相關基因(例如OCN3、BMP2和ALPK1)和血管生成相關因子(例如VEGFA開拓創新、PDGFC和PDGFA)也上調(圖3B持續發展，C)。聚類分析和熱圖的樹狀圖顯示促進善治，RhoA/ROCK2信號通路相關基因(DVL2擴大、DAAM1、RhoA和ROCK2)在G-和D-支架組的表達高于C-支架組(圖3D)發揮效力。RT-qPCR分析和Western blotting也證實了RhoA/ROCK2信號通路相關基因和蛋白在G-支架和D-支架中的高表達(圖3E-L)新格局。這些結果揭示了BMSCs在不同孔形態(tài)的支架中進行不同的細胞骨架重組和機械應力傳遞。

圖3 RNA測序和生物信息學分析

隨后安全鏈，檢測了在不同支架上培養(yǎng)的BMSCs在含有和不含RhoA/ROCK2抑制劑的培養(yǎng)液中的成骨分化和遷移因子水平顯示。當細胞培養(yǎng)液中沒有RhoA/ROCK2抑制劑時，G-和D-支架組比C-支架組RhoA處理方法、ROCK2和激活蛋白(p-RhoA重要作用、p-ROCK2)水平更高(圖4A-D)。CDC42習慣、OCN和Runx2的蛋白表達水平順序為D-支架>G-支架>C-支架充足。這些結果表明，RhoA/ROCK2信號通路在轉導支架孔形態(tài)刺激調控BMSCs成骨分化和遷移中發(fā)揮了重要作用的積極性。圖4E是支架孔形態(tài)介導的BMSC行為機理圖綠色化發展，孔形態(tài)通過RhoA/ROCK2信號通路影響B(tài)MSCs成骨分化和遷移。

圖4 (A-C)藥物對RhoA/ROCK2信號通路的干預使命責任；(D)用ELISA法檢測在RhoA和RoCK2抑制劑干預前后7天不同孔隙形態(tài)的成骨相關Runx2和遷移相關CDC42蛋白的水平效果；(E)機制綜述：孔形態(tài)通過RhoA/ROCK2信號通路影響B(tài)MSCs成骨分化和遷移

3. 不同孔形態(tài)支架體內骨再生的評價

隨后，構建股骨髁缺損評價支架體內骨再生效果（圖5A）合規意識。骨小梁計數(shù)密度增加、Micro-CT、血管分布檢測創新內容、Van Gieson染色(VG)結果均顯示G-和D-支架的血管生成能力強于C-支架機遇與挑戰，可以促進骨再生。

圖5 股骨髁缺損區(qū)術后4周善於監督、8周集成技術、12周植入支架的組織學分析及Micro-CT檢查

此外，通過連續(xù)熒光標記檢測所有支架在2-4周和6-8周的動態(tài)成骨來評估骨再生率(圖6)。柱狀缺損區(qū)被分為三個部分(外層：0-1 mm適應能力，中層：1-2 mm更優美，內層：2-3 mm)，以更好地定量缺損區(qū)不同區(qū)域的新骨生長(圖6a)防控。熒光標記染色結果顯示成效與經驗，C-支架組支架的新骨沉積速度從外到中逐漸減慢，C-支架中心區(qū)域幾乎沒有新骨(圖6B深刻內涵，C)傳遞。相比之下，D和G支架的中層和中心層的骨沉積速率明顯較高深入闡釋，表明細胞在支架中的遷移速率不同相關性。這些結果揭示了支架形態(tài)對體內新骨生長的重要指導作用。

圖6 成骨的動態(tài)組織學分析

綜上所述物聯與互聯，本文在體外和體內評估了三種孔結構的β-TcP支架的成骨潛力穩定。D-支架通過影響B(tài)MSCs的黏附狀態(tài)，激活較高水平的RhoA/ROCK2信號轉導通路供給，促進細胞遷移優勢與挑戰，促進BMSCs的成骨分化。同時解決方案，D-支架和G-支架還可通過影響骨髓間充質干細胞的旁分泌來促進血管生成趨勢。在體內骨修復的評價中，D-支架在促進骨修復方面的表現(xiàn)優(yōu)于G-支架和C-支架上高質量。這項工作加深了我們對孔形態(tài)影響細胞行為的機制的理解相互配合。