三維(3D)纖維支架因?yàn)槠淅w維網(wǎng)絡(luò)可以有效地模擬ECM結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)細(xì)胞生物學(xué)行為，包括粘附、分化和基質(zhì)沉積備受關(guān)注。靜電紡絲作為一種用途最廣泛的纖維制造技術(shù)，可用于制備可控制的納米纖維，可準(zhǔn)確模擬ECM結(jié)構(gòu)(如纖維膠原)。然而，電紡纖維通常形成具有小孔徑和低厚度的二維(2D)膜，而很難構(gòu)建三維支架。3D打印是一種很有前途的技術(shù)，可以精確控制單個(gè)三維形狀和大孔(鏈間)的支架。

       然而，目前基于3D打印的支架大多缺乏纖維表面結(jié)構(gòu)，無法有效地模擬天然ECM結(jié)構(gòu)。將靜電紡絲技術(shù)與3D打印技術(shù)相結(jié)合，可以制備出具有個(gè)性化形狀、可控大孔、纖維表面結(jié)構(gòu)的理想三維支架。但是，需要解決一下三個(gè)問題：1）需要將電紡纖維膜轉(zhuǎn)化為適用于短單纖維結(jié)構(gòu)3D打印的油墨；2）需要實(shí)現(xiàn)短單纖維的高效粘接和纖維基油墨在3D打印過程中的均勻擠出；3）提高支架的力學(xué)性能，以維持原有結(jié)構(gòu)。

圖1 多種電紡纖維支架的原理圖。(a)傳統(tǒng)纖維支架電紡纖維膜。(b)由分散電紡纖維經(jīng)冷凍成型制成的三維纖維支架。(c) 3d打印纖維基支架的制備過程。

        為了解決以上問題，近日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬九院周廣東教授和東華大學(xué)莫秀梅教授在期刊Materials&Design上共同發(fā)表一篇題目為“Three-dimensional printed electrospun fiber-based scaffold for cartilage regeneration”的文章。研究者將靜電紡絲、3D打印、冷凍干燥、交聯(lián)等技術(shù)相結(jié)合，成功地將靜電紡絲纖維制成了外觀形狀準(zhǔn)確、大孔結(jié)構(gòu)可控、力學(xué)性能良好的三維纖維支架。

         其制備過程如下，首先，通過電紡絲、脫水、均質(zhì)化、蒸發(fā)干燥等步驟，將電紡絲纖維膜轉(zhuǎn)化為短單纖維粉末；其次，將纖維粉、透明質(zhì)酸(HA)溶液、聚氧乙烯氧化物(PEO)溶液混合攪拌形成3D打印油墨；然后采用凍干交聯(lián)的方法提高支架的力學(xué)性能，保持原有結(jié)構(gòu)。接著，對(duì)支架的力學(xué)性能、纖維形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并利用體外和體內(nèi)的軟骨再生模型進(jìn)一步評(píng)價(jià)了組織再生的可行性。因此，本研究為多種仿生支架的設(shè)計(jì)和制備提供了一個(gè)研究模型。