不同孔径3D打印三周期极小曲面基元支架调控成骨细胞生物学行为的研究

目的基于3D打印三周期极小曲面(triply periodic minimal surfaces,TPMS)基元支架,探索不同孔径对成骨细胞MC3T3-E1增殖和分化的影响,为3D打印个性化假体多孔结构的设计提供理论基础。方法基于TPMS和选择性激光熔化(selective laser melting,SLM)设计和制造具有3种孔径(400μm、600μm和800μm)的TPMS基元支架。将不同孔径的支架与成骨细胞MC3T3-E1共培养,通过细胞计数试剂(cell counting kit-8,CCK-8)、细胞骨架染色、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性和蛋白质印迹法(western blot,WB)分析评价其对成骨细胞增殖和分化的影响。结果扫描电镜显示成功制造了不同孔径的3D打印TPMS基元支架,并且成骨细胞MC3T3-E1在支架中展现了良好的黏附性。CCK-8实验的结果表明,随着孔径的增大,MC3T3-E1的增殖性也明显增加。此外,TPMS基元支架在孔径大小为600μm时ALP的活性最高。WB分析进一步发现Ⅰ型胶原蛋白(collagen typeⅠ,ColⅠ)、Runt相关转录因子2(Runt related transcription factor 2,Runx2)和骨桥蛋白(osteopontin,OPN)在600μm组的表达同样最高。结论随着孔径的增大,3D打印TPMS基元支架更有助于成骨细胞增殖,而在孔径大小为600μm时最有助于成骨细胞分化。