2023年3月16日，上海交通大学医学院附属第六人民医院研究人员在《Composites Part B》上发表题为Surface-based modified 3D-printed BG/GO scaffolds promote bone defect repair through bone immunomodulation的研究论文，报道了一种仿生3D打印生物活性玻璃和氧化石墨烯支架，通过表面粗糙度和亲水改性来调节巨噬细胞的炎症反应。
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110673
研究简介
巨噬细胞是植入生物材料后被激活的前沿细胞之一，而生物材料对巨噬细胞的最终命运起着决定性作用。生物材料的表面特性（如粗糙度和亲水性）促使巨噬细胞具有抗炎表型，以改善组织再生。氧化石墨烯因其优异的特性，在生物材料领域得到了广泛的应用。氧化石墨烯可直接促进干细胞增殖和成骨分化。本研究的目的是研究表面改性的三维多孔生物活性玻璃（BG）/氧化石墨烯（GO）支架对巨噬细胞活化和骨再生的影响。在体内时，相较于表面相对光滑的BG组，随着GO密度的增加，多孔种植体组中种植体周围皮肤的促炎反应降低，3D多孔种植体被新的骨组织覆盖。在体外，Raw264.7细胞和大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)都能在粗糙的亲水BG/GO支架上良好地粘附和拉伸。当Raw264.7细胞在支架上培养时，氧化石墨烯在一定程度上显著促进MO巨噬细胞向M2型极化，并进一步促进成骨和血管生成因子的分泌，增强rBMSCs的成骨分化和内皮细胞的血管生成。
进一步的实验表明，BG/ GO粗糙的亲水表面可能会导致整合素信号的增强和ß-catenin蛋白在细胞中的积累和激活导致表面依赖的WNT-3A蛋白的上调。然而，过多的氧化石墨烯含量会产生相反的调节效果。这些结果表明，表面改性的BG/GO生物材料通过其表面特性调节巨噬细胞对生物材料的反应，从而在骨修复中发挥重要作用。
研究内容解读
本研究成功开发了一种仿生3D打印BG/GO多孔支架，通过表面粗糙度和亲水改性来调节巨噬细胞的炎症反应。体内外实验证实，表面改性支架为种子细胞的粘附增殖和血管生长提供了基础。嵌入的氧化石墨烯纳米片结构通过自身的理化性质诱导MO巨噬细胞向M2型转化并分泌抗炎细胞因子，为骨组织修复提供良好的局部免疫微环境，显著促进成骨分化和血管形成，促进关键骨缺损的修复。研究结果表明，通过3D打印技术改变支架表面微结构来调节局部炎症反应是一种潜在的治疗临床骨缺损的策略。
图1 3D打印BG/GO支架的表征及生物相容性。
图2 Raw264.7细胞极化的体外评价。
图3 rbmscs的成骨分化评价。
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