通过创建结构、生化和矿物质梯度，在组织工程化植入物中重现类似天然组织的菌株分布

《Journal of Biomedical Materials Research Part A》：Recapitulating Native-Like Strain Distributions in a Tissue-Engineered Enthesis by Creating Structural, Biochemical, and Mineral Gradients

组织工程肌腱构建中，通过三室生物反应器实现空间控制的生化（TGF-β1、葡萄糖）与力学刺激，成功形成天然类胶原纤维结构和力学性能，部分脱矿骨栓进一步降低峰值应变超30%，提升材料韧性和断裂应变40%-50%。

　　

摘要

将坚固的半月板-骨骼界面整合到组织工程半月板中对于其临床应用至关重要。为了实现类似天然组织的力学性能，需要在组织工程关节突处生成胶原纤维排列和矿物质含量的梯度；然而，设计这样的梯度仍然具有挑战性。本研究提出了一个组织工程关节突模型，该模型由纤维软骨细胞接种的I型胶原凝胶柱构成，两端装有小梁骨插件。通过使用三腔生物反应器，施加了空间可控的生化（例如TGF-β1和葡萄糖）和生物力学刺激，从而在组织工程关节突结构中形成了类似天然组织的胶原纤维结构和力学性能。共聚焦弹性成像显示，在三腔生物反应器中培养的关节突结构具有更均匀的局部应变分布，并且峰值应变较低，这可能归因于胶原纤维排列的改善。为了进一步改善胶原-骨插件界面的整合性，我们在结构中引入了部分脱矿的骨插件。部分脱矿显著提高了关节突结构的力学性能，峰值应变降低了30%以上，应变梯度降低了50%；同时，韧性增加了50%，失效时的应变增加了40%。总体而言，这些发现强调了特定区域的生化、生物力学刺激以及仿生支架材料在改进组织工程植入物方面的重要性。

利益冲突

Lawrence J. Bonassar是3DBio公司的联合创始人并持有该公司股份。其他作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。