軟骨再生

1.利用懸浮支撐打印構建類軟骨組織

簡介：哈佛大學醫學院的Su Ryon Shin團隊與特溫特大學的Jeroen Leijten團隊合作，利用懸浮3D打印技術，打印細胞微球，制造類軟骨組織。結果顯示，用此方法制造出來的類軟骨組織中的干細胞向軟骨細胞分化，并表現出類軟骨行為； 相對于傳統培養方式，打印出的組織結構中的細胞外基質沉積有明顯的提升，因此，這種類軟骨制造方法有助于軟骨置換和再生的臨床進一步發展。相關論文“3D Printed Cartilage-LikeTissue Constructs with Spatially Controlled Mechanical Properties”發表于雜志Advanced Functional Materials上。

原文鏈接： https://doi.org/10.1002/adfm.201906330

2.生物3D打印具有嗅覺和成軟骨潛力的生物鼻子

簡介：哈佛醫學院的Su Ryon Shin團隊與史蒂文斯理工學院的Manu S. Mannoor團隊聯合開發出一種負載軟骨細胞的生物3D打印軟骨樣結構并帶有電子嗅覺模擬生物傳感器的混合裝置。該多材料打印結構的多個軟骨層促進軟骨細胞粘附，多個剛性層提高機械性能。因此，形成一個機械穩定、生物相容的三維微環境，以支持軟骨細胞的生長和分化，從而允許鼻軟骨組織的形成。該系統顯示出了感知TNT的能力，并可進一步功能化和調整，以檢測各種天然氣味、化學結構和疾病生物標志物。這款混合設備為3D打印的軟骨樣組織和集成的增強電子嗅覺系統奠定了基礎，該系統最終可能成為可行的人形半機械人鼻器官奠定基礎。相關論文“A 3D‐Printed Hybrid Nasal Cartilage with Functional Electronic Olfaction”發表于雜志Advance Science上。

原文鏈接：  https://doi.org/10.1002/advs.201901878

3.GelMA/HAMA復合3D打印凍干支架可用于軟骨再生

簡介：上海交通大學醫學院的周廣東教授團隊等將GelMA和HAMA制備成復合光交聯水凝膠，采用3D打印技術，實現外部3D形狀和內部孔結構上的精確控制，使用凍干技術進一步提高機械性能和延長降解時間。實驗結果顯示支架與軟骨細胞結合成功再生了具有典型陷窩結構和軟骨特異性細胞外基質的成熟軟骨。該研究一系列優化支架制造策略，精確地控制結構、降解速率和力學性能，為軟骨再生提供了一種新型的天然生物降解支架。相關論文“Lyophilized Scaffolds Fabricated from 3D-Printed Photocurable Natural Hydrogel for Cartilage Regeneration”發表于雜志ACS Applied. Materials. Interfaces上。

原文鏈接： https://doi.org/10.1021/acsami.8b10926

4.DLP打印光固化絲素蛋白墨水促進軟骨生成

簡介：韓國翰林大學醫學院的Chan Hum Park和美國威克森林醫學院的Sang Jin Lee團隊合成了一種光固化生物墨水材料:甲基丙烯酸縮水甘油酯改性絲素蛋白（Sil-MA）。研究表明，Sil-MA具有天然軟骨相匹配的機械性能、優秀的載細胞DLP打印性能以及促進成軟骨的生物性能。相關論文“Precisely printable and biocompatiblesilk fibroin bioink for digital light processing 3D printing”和“Digital light processing3D printed silk fibroin hydrogel for cartilage tissue engineering”分別發表于雜志Nature Communications和Biomaterials上。

原文鏈接： https://doi.org/10.1038/s41467-018-03759-y

原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.119679

5.用于體內膝關節軟骨再生的機器人系統

簡介：全南國立大學的Jong Keun Seon團隊聯合韓國醫學微機器人研究所的Jong-on Park與Eunpyo Choi團隊，設計了一種基于人類脂肪MSC的醫用微型機器人系統，通過在微型機器人上進行細胞培養，使用磁控技術進行細胞高效率靶向遞送；最后，通過體內試驗證明了使用微型機器人促進兔軟骨缺損的軟骨再生功效。相關論文“Human adipose–derived mesenchymal stem cell–based medical microrobot system for knee cartilage regeneration invivo”發表于雜志Science Robotics上。

原文鏈接： https://doi.org/10.1126/scirobotics.aay6626

6.纖維剛度對半月板細胞向致密纖維網絡遷移的影響

簡介：賓夕法尼亞大學Jason A. Burdick團隊通過甲基丙烯酸透明質酸(MeHA)交聯的程度改變電紡纖維的硬度，證明了較軟的MeHA纖維網絡很容易在細胞牽引下變形和致密化，較硬的MeHA纖維網絡更易侵襲半月板組織；當支架植入皮下時，較硬的MeHA纖維網絡在4周后具有更強的細胞侵襲和更多膠原沉積，因而促進軟骨組織修復。因此，纖維網絡的力學和變形能力可能改變細胞間的相互作用和侵襲，為軟骨組織修復支架的設計提供了重要的設計參數。相關論文“Influence of Fiber Stiffness on Meniscal Cell Migration  into Dense Fibrous Networks”發表于雜志Advanced Healthcare Materials上。

原文鏈接： https://doi.org/10.1002/adhm.201901228

7.快速光交聯的絲素蛋白水凝膠促進軟骨生成

簡介：新西蘭奧塔哥大學KhoonS. Lim與澳大利亞新南威爾士大學Jelena Rnjak-Kovacina合作提出了一種新的可見光介導的光氧化還原系統，形成絲素蛋白中雙酪氨酸鍵，快速交聯絲素蛋白(<1 min)的水凝膠具有穩定的力學性能，可使細胞高密度(1.5X107cells/mL)包裹，同時保持高細胞存活率(>80%)。光交聯的絲素水凝膠支持人類關節軟骨細胞的長期培養，具有良好的軟骨組織形成能力。相關論文“Rapid Photocrosslinking of Silk Hydrogels with High Cell Density and Enhanced Shape Fidelity”發表于雜志Advanced Healthcare Materials上。

原文鏈接： https://doi.org/10.1002/adhm.201901667

8.基于GelMA雙層網絡載細胞混合打印軟骨組織移植物

簡介：馬里蘭大學John P. Fisher團隊設計了兩種墨水：與天然衍生和物理交聯的藻酸鹽共價連接的聚乙二醇（PEG）的雙網絡（DN）和甲基丙烯酸明膠（GelMA）的可生物降解的充滿細胞的生物墨水。DN墨水可提供必要的強大物理支持，以保持長期的移植物體積和結構，而可降解的生物墨水提供刺激組織再生所必需的生物環境。這種打印方法可以精確地沉積水凝膠纖維，在功能上相互補充，形狀和體積長期保留的仿生復雜軟骨組織，例如鼻子，耳朵和甲狀腺軟骨。相關論文“Hybrid 3D Printing of Synthetic and Cell-Laden Bioinks for Shape Retaining Soft Tissue Grafts”發表于雜志Advanced Functional Materials上。

原文鏈接： https://doi.org/10.1002/adfm.201907145

9.多尺度3D打印增強水凝膠-陶瓷類骨軟骨支架

簡介：荷蘭烏得勒支大學的Riccardo Levato團隊結合近場直寫和擠出打印技術，集成了水凝膠、陶瓷和聚合物材料，將基于模仿骨骼肌礦物相磷酸鈣（CaP）研發的生物陶瓷墨水采用擠出打印制造成軟骨下骨替代物。采用近場直寫制備聚合物網格固定在陶瓷墨水中，并嵌入載細胞的GelMA作為軟骨成分。研究了幾種微纖維結構作為交聯劑來增強水凝膠-陶瓷界面的粘結，增強水凝膠的抗壓性能。相關論文“Combiningmulti-scale 3D printing technologies to engineer reinforced hydrogel-ceramic interfaces”發表于雜志Biofabrication上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1088/1758-5090/ab69d9

10.原位光固化3D打印載細胞耳狀構建體

簡介：四川大學的茍馬玲研究員、錢志勇教授和魏霞蔚教授團隊通過藍光引發劑LAP包裹上轉換納米粒子制備了核-殼結構納米光引發劑（UCNP@LAP），依托該光引發劑開創性地實現了皮下原位DLP打印。載細胞皮下打印耳狀構建體，一個月培養后，不僅保持耳廓形狀完整且有軟骨ECM沉積。該項技術不僅可以實現復雜耳廓機構重建，而且可以實現軟骨功能再生，在未來的組織再生領域具有廣闊的應用前景。相關論文“Noninvasive in vivo 3D bioprinting”發表于雜志Science Advances上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.aba7406

11.可釋放細胞外囊泡的GelMA水凝膠用于軟骨再生

簡介：溫州醫科大學附屬第二醫院的Zhongtang Liu教授團隊作者制備了甲基丙烯酸明膠（Gelma）/納米粘土水凝膠（Gel-nano）以持續釋放sEV，Gel-nano-sEV具有刺激軟骨形成和治愈軟骨缺損的能力，在治療軟骨缺損方面具有廣闊的前景。相關論文“miR-23a-3p-abundantsmall extracellular vesicles released from Gelma/nanoclay hydrogel forcartilage regeneration”發表于雜志Journal of Extracellular Vesicles上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1080/20013078.2020.1778883

112.用于軟骨組織再生的超分子可注射透明質酸水凝膠

簡介：浦項科技大學的SeiKwang Hahn團隊基于環糊精和金剛烷修飾的透明質酸之間的超分子作用交聯形成HA超分子水凝膠封裝間充質干細胞，在沒有任何共價交聯下，表現出了良好的力學穩定性，促進細胞生長、分化和良好的軟骨組織再生能力。相關論文“Supramolecular Injectable Hyaluronate Hydrogels for Cartilage Tissue Regeneration”發表于雜志ACS Applied. Bio Materials上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsabm.0c00537

13.投影式光固化打印絲素水凝膠用于氣管修復

簡介：韓國翰林大學醫學院納米生物再生醫學研究所的 Chan Hum Park團隊搭建了一種基于投影式光固化的4D生物打印系統，通過有限元分析(FEA)模擬來探索復雜結構中可能發生的變化，最終多組分光固化絲素蛋白(SIL-MA)生物墨水模擬三維氣管組織，在將其植入受損的兔氣管內8周后，植入物與宿主氣管自然結合，并在預測部位形成上皮和軟骨。該研究內容在組織工程及臨床應用場景中具有極大的潛在價值。相關論文“4D-bioprinted silk hydrogels for tissue engineering發表于雜志Biomaterials上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120281

14.生物3D打印區域分層人工軟骨

簡介：哈爾濱工業大學（深圳）吳洋助理教授與美國賓州州立大學Ibrahim Ozbolat教授團隊利用人脂肪干細胞分化而來的軟骨細胞制備組織束，作為生物打印的墨水；利用擠出式與吸取式的復合3D打印方式，構建了一種區域分層人工軟骨，其有軟骨類似的機械性能與解剖學構造，為軟骨組織的修復提供了一個閉環策略。相關論文“Hybrid Bioprinting of Zonally Stratified Human Articular Cartilage Using Scaffold‐Free Tissue Strands as Building Blocks發表于雜志Advanced Healthcare Materials上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202001657

15.基于半月板脫細胞基質的生物墨水修復半月板

簡介：韓國浦項科技大學機械工程系Dong Woo Cho團隊將聚氨酯-聚己內酯（PU_PCL）聚合物與載細胞的半月板脫細胞基質（me-dECM）生物墨水結合制備了支架。含有me-Decm的支架提供了支持干細胞生長、向纖維軟骨增殖和分化有利的環境，再現了半月板組織在形態和微環境方面的特異性，為半月板修復提供了新的思路。相關論文“3D cell-printing of biocompatible and functional meniscus constructs using meniscus-derived bioink”發表于雜志Biomaterials上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120466

16.近場直寫打印水凝膠復合結構誘導軟骨再生

簡介：上海交通大學戴尅戎院士團隊設計并利用近場直寫技術制造了三層：淺表軟骨（S），深軟骨(D)，和軟骨下骨(B)的PCEC分層支架，并在其中填充含有間充質干細胞(MSC)的甲基丙烯酰胺(GelMA)水凝膠與區域特異性生長因子。復合支架在體內同時實現軟骨和軟骨下骨再生，證明仿生構建模擬自然骨軟骨組織可增強骨軟骨組織再生的可行性。相關論文“3Bioinspired stratified electrowritten fiber-reinforced hydrogel constructs with layer-specific induction capacity for functional osteochondral regeneration”發表于雜志Biomaterials上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120385

17.雙相骨軟骨支架分層特異性釋放干細胞分化誘導物促進軟骨修復

簡介：華南理工大學生物醫學科學與工程學院的施雪濤團隊制備了一種仿生雙相骨軟骨支架（BBOS），通過分層特異性釋放干細胞分化誘導物來促進hBMSCs向軟骨細胞及成骨細胞定向分化的作用，對各層軟骨或骨再生有較強的促進作用，在骨軟骨缺損的修復中顯示出巨大的潛力，并為其他有機-無機結合材料提供了參考。相關論文“A Biomimetic Biphasic Osteochondral Scaffold with Layer-Specific Releaseof StemCell Differentiation Inducers for the Reconstruction of Osteochondral Defects”發表于雜志Advanced Healthcare Materials上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202000076

18.曲面基底近場直寫技術促進修復軟骨缺損

簡介：烏得勒支大學的Miguel Castilho教授團隊將納米纖維在導電和非導電再生生物材料曲面上精確沉積，與GelMA水凝膠復合，保持個性化的形狀，增強壓縮性能并支持軟骨形成，該研究證明了曲面的近場直寫水凝膠復合結構用于治療全層軟骨或骨軟骨缺損的可行性。相關論文“Melt electrowriting onto anatomically relevant biodegradable substrates: Resurfacing a diarthrodial joint”發表于雜志Materials and Design上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109025

19.仿生半月板支架的3D生物打印

簡介：解放軍總醫院骨科研究所的郭全義團隊通過雙擠出頭+控溫系統，將聚己內酯（PCL）與GelMA-半月板細胞外基質（MECM）混合的生物墨水結合，制備了一種新型的仿生半月板支架。支架具有良好的生物相容性、優異的力學性能和生物性能，這些特征與原生的半月板相似，提高了仿生半月板支架在組織工程中的應用水平和效率，為半月板修復提供了新的思路。相關論文“3D bioprinting of a biomimetic meniscal scaffold for application in tissue engineering”發表于雜志Bioactive Materials上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.11.027