多孔隙预血管化三维生物打印水凝胶的构建与性能评价OA

背景:三维生物打印水凝胶已成为口腔组织缺损修复的重要研究方向,通过负载内皮细胞与基质细胞可实现水凝胶的预血管化。然而,致密的水凝胶纤维往往限制细胞活力及伸展,能否通过增加水凝胶内部孔隙提高预血管化尚不明确。目的:构建负载人脐静脉内皮细胞与人牙髓干细胞多孔隙三维生物打印水凝胶,探讨水凝胶孔隙大小与预血管化的关系。方法:(1)将甲基丙烯酸酯化明胶溶液与聚氧化乙烯溶液分别按照2∶1、1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶3的体积比混合,以单纯甲基丙烯酸酯化明胶溶液作为对照,进行三维生物打印,固化交联后浸出聚氧化乙烯形成孔隙,通过孔隙率检测选择甲基丙烯酸酯化明胶溶液与聚氧化乙烯溶液体积比1∶1、1∶2、1∶3的混合溶液与单纯甲基丙烯酸酯化明胶溶液进行后续实验。(2)将上述4种溶液作为生物墨水,分别包埋人脐静脉内皮细胞或人牙髓干细胞后进行三维生物打印,固化交联后浸出聚氧化乙烯形成孔隙,活/死染色检测细胞存活率;同时包埋两种细胞后进行三维生物打印,固化交联后浸出聚氧化乙烯形成孔隙,小管形成实验检测血管网形成情况。(3)将包埋或未包埋两种细胞的4组三维生物打印水凝胶分别植入CB17-SCID小鼠皮下,14 d后取材,苏木精-伊红与CD31免疫组化染色观察水凝胶内血管形成。结果与结论:(1)单纯甲基丙烯酸酯化明胶组水凝胶孔隙最小,随着生物墨水中聚氧化乙烯溶液比例的增加,水凝胶的孔隙增大,其中甲基丙烯酸酯化明胶溶液与聚氧化乙烯溶液体积2∶1组孔隙过小,1∶2组与1∶1.5组孔隙相近,因此,后续实验排除2∶1组、1∶1.5组。(2)活/死染色显示,4组水凝胶中的人脐静脉内皮细胞无明显伸展,甲基丙烯酸酯化明胶溶液与聚氧化乙烯溶液体积比1∶2、1∶3组水凝胶中的人牙髓干细胞伸展明显,各组水凝胶内培养3 d的人脐静脉内皮细胞或人牙髓干细胞存活率无明显差异。单纯甲基丙烯酸酯化明胶组水凝胶中的血管形成最少,并且随着生物墨水中聚氧化乙烯溶液比例的增加,三维生物打印水凝胶中的血管形成增加,网络结构更密集。(3)苏木精-伊红与CD31免疫组化染色显示,未包埋细胞水凝胶中均无血管形成,包埋细胞的单纯甲基丙烯酸酯化明胶组、甲基丙烯酸酯化明胶溶液与聚氧化乙烯溶液体积比1∶1组水凝胶中无血管形成,另外两组水凝胶中有明显血管形成。(4)结果表明,三维生物打印甲基丙烯酸酯化明胶水凝胶的内部孔隙可促进人脐静脉内皮细胞与人牙髓干细胞形成体外血管样结构,促进水凝胶的体内血管化。