DOI: 10.1039/C9TB01520E

由于三维电纺纤维结构与人体组织细胞外基质结构相似，且具有超高的比表面积，因此越来越多地被用作组织工程支架。鉴于成功的骨再生需要良好的成骨和血管生成，因此迫切需要生产既有成骨作用又有血管生成作用的支架。本研究采用新型多源多功率静电纺丝技术，将重组人血管内皮生长因子（rhVEGF）、重组人骨形态发生蛋白-2（rhBMP-2）和生物活性磷酸钙（Ca-P）纳米粒子同时复合制备了三组分纤维支架，实现了伴随rhVEGF快速释放的连续生长因子释放以及稳定的rhBMP-2 释放。增强的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）迁移和上调的人骨髓间充质干细胞（hBMSCs）成骨分化和矿化表明，三组分支架在体外具有平衡的成骨血管特性。支架植入小鼠颅骨缺损8周后，在三组分支架中观察到明显的新骨再生和新形成的毛细血管，这表明三组分支架可以促进体内成骨，并具有所需的血管化，该研究展现了三组分支架在骨组织再生中的巨大潜力。

图1三组分支架：（a）支架制备和植入小鼠颅骨缺损的示意图；（b）三组分支架中纤维成分的TEM和SEM显微照片，以及（c）三组分支架和对照组（PLGA，V，BC支架）的SEM显微照片。

图2体外释放行为和降解行为：（a）从不同支架释放的rhVEGF和rhBMP-2的释放量和（b）释放百分比；（c）在8周的测试期内，支架减轻的重量；（d）8周降解测试后的支架形态。

图3三组分支架的血管生成能力：（a）培养3天后，支架上的血管内皮细胞的存活和死亡图像；（b）培养3天后，血管内皮细胞在支架上的生存力；（c）使用伤口愈合模型进行血管内皮细胞迁移；（d）量化血管内皮细胞迁移；（e）培养7天后支架上血管内皮细胞的SEM显微照片；（f）血管内皮细胞在支架上的MTT吸收；（g）在Matrigel上用不同的支架培养的血管内皮细胞的体外管形成；（h）培养10 h后由血管内皮细胞形成的网络中的环和节点的量化。

图4三组分支架的成骨特性：（a）体外培养3天后，血管内皮细胞在支架上的存活和死亡图像；（b）体外培养1天后，血管内皮细胞与支架之间形成了长春新碱粘附斑块；（c）体外培养7天后，血管内皮细胞在支架上的扫描电镜照片；（d）血管内皮细胞活性的测定；（e）长春新碱浓度的测定；（f）培养7天后细胞融合的量化；（g）血管内皮细胞在支架上的MTT吸收。对于d、e、f和g，n=4，*p<0.05的单因素方差分析显示出统计学意义和高度显著性。所有误差条均表示平均值±标准偏差。

图5支架上血管内皮细胞的成骨分化：（a）诱导4、7和14天后血管内皮细胞在支架上的ALP染色；（b）支架诱导21天钙结节的ARS染色；（c）ALP染色的量化；（d）通过测量溶解的ARS染色结节的吸光度来量化细胞矿化；不同时间段血管内皮细胞在支架上的成骨基因表达。（e）Runx2基因表达；（f）ALP基因表达；（g）骨钙素（OCN）基因表达。对于c、d、e、f和g，n=4，*p<0.05的单因素方差分析显示出统计学意义和高度显著性。所有误差条均表示平均值±标准偏差。

图6支架中的体内血管化和体内骨组织再生。（a）植入颅骨缺损8周后支架的CD31+荧光图像；（b）CD31+毛细血管密度定量；（c）新生毛细血管的直径。

图7体内骨组织再生：（a）植入支架8周的颅骨缺损的显微CT图像；（b）骨体积的量化；（c）新骨体积的量化（d）不同放大倍数下具有新骨形成的骨组织工程支架的组织学分析（NB：新骨；HB：宿主骨；S：支架；红星：血管/毛细血管；虚线（黑白）在1X和10X显微照片中代表HB和再生组织之间的边界）。对于b和c，*p<0.05的单因素方差分析显示出统计学意义和高度显著性。所有误差条均表示平均值±标准偏差。