絲素蛋白和明膠作為良好的生物相容性材料，目前受到廣泛關注。鑑於絲素蛋白的列印性能較差，而明膠的機械強度較差，北京大學第三醫院敖英芳團隊研發製備出一種新的絲素蛋白-明膠墨水，通過這種墨水列印出具有最佳結構和功能的支架，其機械性能可達到半月板軟骨的強度，並成功修復兔半月板損傷。本篇文章發表在Advanced Materials。
研究思路
絲素蛋白和明膠作為良好的生物相容性材料，目前受到廣泛關注。鑑於絲素蛋白的列印性能較差，而明膠的機械強度較差，北京大學第三醫院敖英芳團隊研發製備出一種新的絲素蛋白-明膠墨水，通過這種墨水列印出具有最佳結構和功能的支架，其機械性能可達到半月板軟骨的強度，並成功修復兔半月板損傷。具體實驗思路如下：
將絲素蛋白溶液和明膠混合後，列印成支架，用酒精和京尼平兩種交聯劑交聯，以提高支架力學強度，成功製備出絲蛋白-明膠（SFG）組織工程支架；將骨髓間充質幹細胞（BMSCs）親和肽E7結合在支架上，構建SFG-E7支架，提高支架富集BMSCs的能力；最後在SFG、SFG-E7兩種支架上接種BMSCs後，移植到兔半月板缺損部位（MF）。
半月板修復支架構建，並接種骨髓間充質幹細胞（BMSCs）
材料的改進和力學性能檢測
根據研究經驗，支架孔隙率在250-500 μm，有利於細胞增殖、分化、細胞外基質形成。此研究支架列印的孔隙約為400 μm，並且研究團隊還構建了一層絲素蛋白-明膠膜，放在支架上，能夠幫助支架保留並富集更多的BMSCs。
本文章一共製備了三種材料，Fibroin 0是絲素蛋白含量為0，Fibroin 1是絲素蛋白與明膠含量為1/2，Fibroin 2是絲素蛋白與明膠含量為2/1。通過降解實驗表明，Fibroin 1組比較適合用作軟骨修復支架。
支架上間充質幹細胞分化
通過Phalloidin/Hoechst染色檢測了細胞肌動蛋白和細胞核。可以看出細胞能夠在支架上很好地貼附。通過檢測細胞在絲素蛋白-明膠支架上I、II、X型膠原的表達量，可以看出在培養24天後，相比於SFG組，SFG-E7組膠原蛋白表達量更多。
通過檢測軟骨細胞外基質的標記基因HYP、GAG的表達，可以觀察出SFG-E7組具有更高的表達量。說明SFG-E7更有利於細胞外基質的形成，更好地促進軟骨修復。
兔半月板損傷實驗
將3D列印支架移植到兔半月板損傷部位後，在6W、12W、24W取出，做H&E染色、免疫組化、甲苯胺藍染色可以明顯看出支架組對損傷部位的修復效果比較好，而與SFG相比，SFG-E7組有更高的組織學分級，低楊氏模量和更強的硬度。實驗表明SFG-E7具有更好的修復效果。
總結
本篇文章採用3D列印技術構建了一個絲素蛋白-明膠複合支架，其中絲素蛋白與明膠質量比為1:2時，其機械性能和降解率與軟骨匹配較好。用BMSCs親和性的E7蛋白修飾支架後，能夠提高支架富集BMSCs能力。複合支架在新軟骨形成之前，對BMSCs提供了機械保護，並促進了細胞增殖、分化、細胞外基質的形成，並促進了軟骨修復。絲素蛋白-明膠支架是一種理想的關節軟骨修復材料，同時也可能用於其他軟骨修復。