DOI:10.1038/s41427-020-0234-7

分层有序的支架对细胞图案化和组织工程有着重要的影响。与传统的线性图案支架相比，将可控线圈引入支架可提供一个额外的独特结构特征，并且可以大大增加其内部复杂性和多功能性。在这项工作中，使用速度编程的熔体静电纺丝书写（sMEW）创建的具有分层有序图案和可调线圈密度的3D线圈压实支架成功地导致了细胞密度可调图案中的体外细胞生长。小鼠皮下植入显示出良好的体内生物相容性，小鼠血清中的肿瘤坏死因子α（TNF-α）和白介素6（IL-6）水平没有明显升高。此外，成功地打印出一个腰椎状支架，可使间充质干细胞以所需的图案生长。由可编程的短距压缩线圈组成的长距图案化矩阵通过易于沉积短距致密线圈的二级结构以及定制的一次系统设计，可以设计出复杂的结构，例如定制植入物。

图1.定向线圈和三角形图案周期性的速度控制。a）MEW仪器示意图。b）MEW在90℃下以左侧所示的不同阶段速率制备的PCL纤维的SEM图像。c）定向线圈在90℃的周期性以及理论拟合曲线与阶段速率的函数关系。d，e）在可变速度下，通过单向（d，1层和e，10层）和双向（f，1层和g，10层）路径静电纺丝PCL纤维的SEM图像。h，i）1层（h）和10层（i）的放大图像（相应的速度以mm/min为单位标记在图像上）。

图2.菱形图案设计的速度控制。a）以结构间隙（g）和长对角线长度（d）为参数的周期性菱形图案设计的示意图。b）在（c）中使用了阶梯速度曲线来制作菱形图案PCL纤维。c-q）由可控阶段速度在一个方向（c-k，p1.1-1.3）和两个方向（l-n，p2.1-2.3和o-q，p3.1-3.3）形成菱形图案PCL纤维的SEM图像，显示各种结构间隙和周期性对角线长度。彩色条标记相应的线圈密度。

图3.细胞图案及其体内生物相容性。a-c）7天后，含EGFP-hMSC-TERT细胞的图案化PCL织物的SEM图像（1），荧光显微镜图像（2），2D（3）和3D（4）共聚焦显微镜图像（a，图案1.1；b，图案2.1；c，图案3.1）。（蓝色：核，绿色：f-肌动蛋白）。d）将EGFP-hMSC-TERT细胞接种到图案化PCL支架上24小时后收集的培养基中的LDH活性测定（n=6）。e）图案化PCL织物上的细胞增殖（n=6）。f，g）PCL植入前以及植入后第3天和第7天，健康小鼠血清中的相对IL-6（f）和TNF-α（g）水平。n=3；*p≤0.05；**p≤0.005；***p≤0.001。

图4.p2.1支架的局部力学性能测量。a）用于局部机械性能测定的胶体探针的SEM图像。b）基于AFM的力-距离曲线示意图（DMT模型）和拟合方程。c）在针尖位置6、8和10处基于AFM的拔出力-距离曲线。d）菱形图案样品的光学显微镜图像，显示不同的针尖位置。e）菱形图案支架的理论线圈密度。f）由AFM在不同尖端位置测量的DMT模量。

图5.腰椎样支架设计和细胞培养。a）腰椎示意图。b）由G代码设计的腰椎状支架，速度为200mm/min。c，d）腰椎状支架的显微图像。e-h）在细胞接种之前（e，f）和细胞培养7天（g，h）之后腰椎状支架的SEM图像。i-p）细胞培养后第1天（i，j），第3天（k，l），第5天（m，n）和第7天（o，p）腰椎状支架的荧光显微镜图像。