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上海交大雷東、周廣東教授/東華大學(xué)游正偉教授 AHM:軟骨功能化3D打印PGS生物活性支架用于軟骨再生
2023-07-07  來源:高分子科技

  聚癸二酸甘油酯(PGS)是一種典型的熱固性生物彈性體,因其具備優(yōu)異的彈性性能、線性生物降解性和生物相容性等,被廣泛應(yīng)用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)。3D打印PGS支架除了保留了優(yōu)異的生物彈性外,還具備有序的多級(jí)仿生結(jié)構(gòu),已被應(yīng)用于心臟修復(fù)和氣管再生。然而,由于PGS缺乏活性基團(tuán)及苛刻的熱交聯(lián)條件(高溫真空150 oC,24 h,導(dǎo)致其缺乏活性并難以被生物改性,極大地限制在組織再生領(lǐng)域的應(yīng)用。因此,構(gòu)建具有功能化的3D打印PGS生物活性支架,能夠有效解決現(xiàn)階段PGS生物彈性體應(yīng)用存在的重大挑戰(zhàn),為生物彈性體發(fā)展和應(yīng)用提供新的思路和技術(shù)支持。


  近日,上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院雷東、周廣東教授和東華大學(xué)游正偉教授提出了一種通用高效的超溶脹-吸收改性和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)鎖定的新策略,構(gòu)建了針對(duì)3D打印PGS支架進(jìn)行生物改和藥物負(fù)載的通用平臺(tái),將天然大分子明膠和小分子藥物硫酸軟骨素溶脹吸收并鎖定于PGS內(nèi)部微孔及分子鏈之間,制備軟骨功能化3D打印PGS生物活性支架。首次利用可逆溶脹特性基于熱交聯(lián)完成的3D打印PGS支架進(jìn)行生物活性改性和藥物負(fù)載,并將其初步應(yīng)用于軟骨再生研究。相關(guān)工作以3D printed chondrogenic functionalized PGS bioactive scaffold for cartilage regeneration》,發(fā)表于Advanced Healthcare Materials。文章第一作者為王思楠碩士。
 

圖1. PGS-CS/Gel生物活性支架制及應(yīng)用原理圖。


  該團(tuán)隊(duì)通過超溶脹-吸收改性和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)鎖定策略將明膠和硫酸軟骨素溶脹吸收并鎖定于PGS內(nèi)部微孔及分子鏈之間,實(shí)現(xiàn)了對(duì)3D打印PGS支架的生物活性修飾和藥物負(fù)載,并開組織工程軟骨構(gòu)建及關(guān)節(jié)軟骨缺損修復(fù)研究1)。通過S-Mapping、FITC熒光標(biāo)記、紅外光譜分析、載藥量分析及力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明成功制備PGS-CS/Gel生物活性支架并保留有序的多孔結(jié)構(gòu),良好的生物彈性、耐疲勞性和軟骨活性2。 


圖2. PGS-CS/Gel生物活性支架形態(tài)學(xué)和力學(xué)分析。


  該團(tuán)隊(duì)首先利用PGS-CS/Gel生物活性支架開組織工程軟骨再生研究,將體外培養(yǎng)4工程軟骨,植入裸鼠皮下。植入4周后,PGS基本完全降解。PGSPGS-Gel復(fù)合支架的再生效率與降解不匹配,導(dǎo)致大量組織空腔。PGS-CS/Gel生物活性支架基本被均一、成熟且致密的再生軟骨所替代;表現(xiàn)出更好的促軟骨再生行為(3)。 


3. 裸鼠皮下移植4周再生軟骨大體觀及組織學(xué)評(píng)價(jià)。


  進(jìn)一步,該團(tuán)隊(duì)將PGS-CS/Gel軟骨活性支架應(yīng)用于兔關(guān)節(jié)軟骨全層缺損的再生修復(fù)研究。術(shù)后12周,從大體觀、Micro-CT及組織學(xué)結(jié)果表明PGS生物活性支架表現(xiàn)出顯著的促軟骨再生活性和關(guān)節(jié)缺損修復(fù)能力,具有良好的應(yīng)用前景(4)。 


圖4. 關(guān)節(jié)軟骨全層缺損修復(fù)12周評(píng)價(jià)


  論文信息:Wang, S., Luo, B., Bai, B., Wang, Q., Chen, H., Tan, X., Tang, Z., Shen, S., Zhou, H., You, Z., Zhou, G., Lei, D., 3D Printed Chondrogenic Functionalized PGS Bioactive Scaffold for Cartilage Regeneration. Adv. Healthcare Mater. 2023, 2301006.

  論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adhm.202301006

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