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上海交大雷東、周廣東教授/東華大學游正偉教授 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，被廣泛應用于組織工程和再生醫(yī)學。3D打印PGS支架除了保留了優(yōu)異的生物彈性外，還具備有序的多級仿生結(jié)構(gòu)，已被應用于心臟修復和氣管再生。然而，由于PGS缺乏活性基團及苛刻的熱交聯(lián)條件（高溫真空150 oC，24 h）,導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生物彈性體應用存在的重大挑戰(zhàn)，為生物彈性體發(fā)展和應用提供新的思路和技術(shù)支持。


  近日，上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院雷東、周廣東教授和東華大學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)絡鎖定的新策略，構(gòu)建了針對3D打印PGS支架進行生物改性和藥物負載的通用平臺，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支架進行生物活性改性和藥物負載，并將其初步應用于軟骨再生研究。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生物活性支架制備及應用原理圖。


  該團隊通過超溶脹-吸收改性和交聯(lián)網(wǎng)絡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，實現(xiàn)了對3D打印PGS支架的生物活性修飾和藥物負載，并開展組織工程軟骨構(gòu)建及關(guān)節(jié)軟骨缺損修復研究（圖1）。通過S-Mapping、FITC熒光標記、紅外光譜分析、載藥量分析及力學測試結(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（圖2）。 


圖2. PGS-CS/Gel生物活性支架形態(tài)學和力學分析。


  該團隊首先利用PGS-CS/Gel生物活性支架開展組織工程軟骨再生研究，將體外培養(yǎng)4周的工程軟骨，植入裸鼠皮下。植入4周后，PGS基本完全降解。PGS和PGS-Gel復合支架的再生效率與降解不匹配，導致大量組織空腔。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（圖3）。 


圖3. 裸鼠皮下移植4周再生軟骨大體觀及組織學評價。


  進一步，該團隊將PGS-CS/Gel軟骨活性支架應用于兔關(guān)節(jié)軟骨全層缺損的再生修復研究。術(shù)后12周，從大體觀、Micro-CT及組織學結(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)缺損修復能力，具有良好的應用前景（圖4）。 


圖4. 關(guān)節(jié)軟骨全層缺損修復12周評價。


  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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