供稿人：彭思琦、孫暢寧 供稿單位：西安交通大學精密微納制造技術(shù)全國重點實驗室 發(fā)布日期：2024-09-16
軟水凝膠是一種良好的軟組織修復材料，已被用于促進干細胞分化為靶細胞并促進軟組織形成，雖然這些水凝膠具有較低的硬度和合適的強度，但其生物降解性差、膨脹過大、潛在的毒性極大地限制了其臨床應用?？勺⑸渌z比預成型水凝膠更有優(yōu)勢，因為它們可以更好地填充缺陷，減少患者不適，并降低感染風險。南方科技大學的李珊珊及其團隊通過甲基丙烯酰羥甲基(HM)與LAP的相互作用形成自組裝納米顆粒，然后通過光交聯(lián)將它們結(jié)合在一起形成膠原纖維狀納米水凝膠，為開發(fā)用于傷口敷料等長期生物醫(yī)學應用的仿生納米纖維水凝膠和軟水凝膠提供了一種有前途的策略。
圖 1 組織工程中類膠原纖維HML納米復合水凝膠的制備和性能示意圖
為了制備這種新型水凝膠，HM和LAP首先通過靜電和氫鍵作用自組裝成納米顆粒，再通過光交聯(lián)相互結(jié)合形成膠原原纖維狀網(wǎng)絡。這種網(wǎng)絡由高度纏繞的HM分子鏈、可逆的聚合物-粘土物理交聯(lián)物和堅固的化學交聯(lián)物組成，從而允許在柔軟而靈活的水凝膠中通過網(wǎng)絡有效地消除應力。由于自組裝導致的分子鏈運動受限和HM的兩親性的協(xié)同作用，納米復合水凝膠在不同的溶劑中表現(xiàn)出顯著的防脹性能。此外，納米復合水凝膠可以加工成形狀保真度高的3D可打印微凝膠，使其成為適用于大尺寸和復雜結(jié)構(gòu)的生物墨水。
圖 2 a)皮下植入水凝膠0d、7d、14d的典型圖像(n=3)。b)使用不同水凝膠的愈合傷口從第0天到第11天的時間發(fā)展的代表性圖像。c)量化不同愈合時間的創(chuàng)面愈合率。d)用HE染色和Masson染色對各組大鼠第11天的創(chuàng)面進行組織學評價。e)各組大鼠第11天創(chuàng)面代表性免疫熒光染色圖像。f)使用和不使用水凝膠治療的傷口愈合過程示意圖
作者團隊通過體內(nèi)和體外實驗均證實了水凝膠的關(guān)鍵功能即降解性能，所有水凝膠在皮下植入后7天內(nèi)完全降解（圖2a），并表明在組織愈合過程中的生物降解性和炎癥反應方面有良好的結(jié)果。與現(xiàn)有的商業(yè)傷口敷料相比，HM2L5水凝膠和微凝膠可以填充到不規(guī)則形狀的傷口中，和/或使用不同形狀、毛孔結(jié)構(gòu)的個性化傷口敷料，甚至可以使用促進愈合的試劑。
通過交聯(lián)自組裝的HML納米粒子，作者團隊開發(fā)了一種具有低硬度、高壓縮強度、抗腫脹性能、緩釋藥物能力和生物降解性的膠原原纖維狀可注射水凝膠。此外，HM2L5水凝膠和微凝膠在體外具有良好的生物相容性，在體內(nèi)具有良好的傷口愈合能力和生物降解性。這些結(jié)果共同展示了這些新型仿生水凝膠在各種組織工程應用中的前景。