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为解决骨修复局限性问题，研究人员开发 3D 打印混合支架（PCL-nHA / 藻酸盐 - 明胶），负载地塞米松（DEX）微粒子，探究其对 hEnMSCs 成骨分化影响。结果显示支架促分化及矿化，为骨组织工程提供新策略。
骨组织因创伤、肿瘤等造成的临界尺寸缺损修复一直是骨科难题。传统骨移植存在供体有限、感染风险等问题，组织工程通过构建仿生支架、调控干细胞分化成为新方向。地塞米松（DEX）作为常用合成糖皮质激素，可促进成骨基因表达，但如何实现其在骨修复中的可控释放是关键。在此背景下， Tehran University of Medical Sciences 的研究人员开展了相关研究，旨在开发一种能持续递送 DEX 的 3D 打印混合支架，以提升间充质干细胞的成骨分化能力，相关成果发表在《Journal of Biological Engineering》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过油包水乳液 - 溶剂蒸发法制备负载 DEX 的聚己内酯（PCL）微粒子（MPs），将其嵌入藻酸盐 - 明胶（Alg-Gel）水凝胶中，结合分层 3D 打印技术构建由 PCL - 纳米羟基磷灰石（nHA）复合层与 Alg-Gel-MPs 层组成的混合支架（Hyb-1 和 Hyb-2）。使用扫描电子显微镜（SEM）、紫外 - 可见分光光度法等对支架形貌、药物释放动力学进行表征，并通过人子宫内膜间充质干细胞（hEnMSCs）的成骨分化实验评估支架性能。
研究结果
微粒子与支架表征
通过优化药物 - 聚合物比例（3:20 w/w），制备的 DEX-MPs 包封效率达 85.09%，药物负载率 14.34%，粒径约 1.14 μm，表面呈负电荷（-31.65 mV），形态均一。FTIR 和 XRD 证实 DEX、nHA 成功掺入支架材料。3D 打印的 Hyb-1 支架孔隙率较高（368×681 μm），降解速率适中（12 周约 39.11%），兼具 PCL-nHA 的机械强度（压缩模量 13.94 MPa）和 Alg-Gel 的柔韧性（断裂应变 68.50%）。
药物释放行为
游离 MPs 表现出初始突释（第 1 天 55.76%），而 Hyb-1 支架通过水凝胶基质延缓药物释放，30 天累计释放 55.8%，符合 Korsmeyer-Peppas 模型（n=1.629），显示非菲克扩散机制，与支架降解相关。
生物相容性与成骨分化
MTT 法显示 Hyb-1-DEX 支架细胞存活率显著高于对照组，SEM 观察到 hEnMSCs 在支架表面黏附良好。成骨标志物检测显示，Hyb-1-DEX 组 Ⅰ 型胶原（COL1A1）、骨连接蛋白（OST）基因表达及蛋白分泌显著上调，碱性磷酸酶（ALP）活性在早期（第 7 天）显著升高，茜素红染色（ARS）证实矿化结节形成量显著增加。免疫荧光染色显示 OST 蛋白在 Hyb-1-DEX 组分布更广泛，进一步验证成骨分化增强。
体外生物活性
模拟体液（SBF）浸泡实验表明，Hyb-1-DEX 支架表面磷灰石沉积量显著多于 PCL-nHA 组，钙磷比（Ca/P=1.85）接近天然骨，证实其优异的骨诱导能力。
结论与讨论
本研究成功构建了层状 3D 打印混合支架，通过 PCL-MPs 实现 DEX 的持续释放，结合 nHA 的骨传导性与 Alg-Gel 的细胞相容性，显著促进 hEnMSCs 的成骨分化与矿化。机制上，DEX 通过调控成骨相关基因（如 COL1A1、OST）和信号通路，协同支架的物理微环境，增强骨基质合成与矿化。研究首次将子宫内膜间充质干细胞用于该类支架评估，为干细胞来源提供新选择。尽管存在打印时间较长、交联剂潜在毒性等局限，该混合支架在骨组织工程中展现出调控药物释放、促进骨再生的双重优势，为临界骨缺损修复提供了创新策略，有望推动临床转化。
