《Bioactive Materials》：静电纺丝+3D打印制备双层多孔支架，实现肿瘤消融和骨软骨再生的时空控制
发布时间：
2024-03-01 17:12
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近日，同济大学研究人员在《Bioactive Materials》上发表题为Integrating coaxial electrospinning and 3D printing technologies for the development of biphasic porous scaffolds enabling spatiotemporal control in tumor ablation and osteochondral regeneration的研究论文，报道解决了骨巨细胞瘤（GCTB）诱导的OCDs治疗的临床挑战。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.12.020
研究简介
由于治疗骨巨细胞瘤（GCTB）所致的骨髓软骨缺损(OCDs)常常给临床医生带来两个挑战：残留肿瘤导致局部复发和OCDs无法愈合。因此，本研究旨在开发一种双层PGPC-PGPH支架，利用壳-核结构纳米纤维实现“时空控制”，治疗由GCTB引起的OCDs。它解决了两个关键挑战：在局部切除后消除肿瘤残留物和刺激非愈合OCD病例的骨骼软骨再生。采用卟啉(PpIX)/明胶(GT)的外壳层和内核含有硫酸软骨素(CS)/聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)或羟基磷灰石(HA)/PLGA，利用同轴静电纺丝技术创建PpIX/GT-CS/PLGA和PpIX/GT-HA/PLGA纳米纤维的壳-核结构。这些纳米纤维被粉碎成纳米尺度的短纤维，然后与聚乙烯氧化物和透明质酸结合，制备出不同的3D打印墨水。上层由PpIX/GT-CS/PLGA墨水制成，下层由PpIX/GT-HA/PLGA墨水制成，可以利用3D打印技术制造双层PGPC-PGPH支架。在切除GCTB病变后，PGPC-PGPH支架被外科植入OCDs中。壳层中的超声敏感剂卟啉（PpIX）经历声动力疗法以选择性地损伤GCTB组织，有效根除残留肿瘤。随后，声动力疗法的热效应加速壳层降解并释放核心层中的CS和HA，促进干细胞在正确解剖位置的OCD部位分化为软骨和骨组织。这种创新支架提供了抗肿瘤治疗的时间控制，然后是组织修复，并提供了精确的骨软骨再生的空间控制。
图1本文的概述图
图2 举例说明了GT-PLGA、PpIX/GT-CS/PLGA和PpIX/GT-HA/PLGA纳米纤维的制备方法。
图3 描述了创建3D打印双层PGHC-PGPH支架的过程
图4 显示3D打印支架与骨髓间充质干细胞共培养1-4天的体外细胞相容性评估结果
研究结论
这项研究使用同轴静电纺丝技术开发了一种具有壳-核结构的双层PGPC-PGPH多孔支架，以解决由GCTB引起的OCDs治疗中的两个关键临床挑战：残留肿瘤的消除和OCDs的再生促进。PGPC-PGPH支架表现出良好的生物相容性和力学性能，同时有效根除GCTB组织并促进OCDs再生。值得注意的是，PGPC-PGPH支架的外层携带声敏感剂（PpIX），在接受体外超声照射时，通过声动力疗法选择性地靶向和破坏GCTB组织，从而防止肿瘤复发。声动力疗法的热效应加速壳层降解，促进内核层中的CS和HA的释放，诱导局部干细胞分化为软骨和骨，精确修复相应的缺陷。PGPC-PGPH支架独特的壳-核结构允许时间控制，在组织修复之前优先进行抗肿瘤治疗。总体而言，双层设计可以提供时间上的控制，先根除骨肿瘤细胞，然后促进骨软骨再生。它还通过空间上的控制确保上层软骨和下层骨骼的精确再生。这项研究为治疗骨肿瘤引起的骨关节炎提供了一种"时空调控"的新方法，并为其临床应用奠定了基础。
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