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  關(guān)節(jié)軟骨損傷患病率較高，損傷后很難實(shí)現(xiàn)自修復(fù)，而現(xiàn)有的關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)材料不能完全滿足臨床需要。水凝膠因其與細(xì)胞外基質(zhì)相似，含水量可調(diào)范圍寬及優(yōu)異的潤滑性等特點(diǎn)，作為關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)材料具有潛在的應(yīng)用前景。但是，現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)建的骨軟骨再生支架缺少軟骨與骨之間的界面結(jié)構(gòu) ? 骨與軟骨過渡層，而此界面層起著緩沖應(yīng)力及維持微環(huán)境等重要的生理功能。3D生物打印技術(shù)的發(fā)展為仿生組織工程支架的構(gòu)建提供了一種新的技術(shù)手段，但是3D打印出的架構(gòu)能否成功用于組織工程支架主要取決于“墨水”的性能，否則只是一種觀賞的“擺件”。

  最近，天津大學(xué)材料學(xué)院劉文廣教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了具有熱塑性和自修復(fù)特性的高強(qiáng)度超分子聚合物水凝膠（Adv Mater 2015, 27: 3566–3571），在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)與中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的阮長順副研究員（共同通訊作者）課題組合作發(fā)明了一種可直接3D打印的氫鍵增強(qiáng)的高強(qiáng)度水凝膠墨水。該墨水是一種基于丙烯酰基甘氨酰胺（PNAGA）共聚物超分子聚合物水凝膠，PNAGA共聚物水凝膠具有比其均聚物水凝膠更低的熔融溫度和更好的流動(dòng)性，可直接3D打印，無需光交聯(lián)，打印后快速固化成型保持完好的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)。研究人員模擬軟骨-骨一體化結(jié)構(gòu)，在凝膠中復(fù)合β-磷酸三鈣（β-TCP），利用多針頭交替打印制備成底層含有β-TCP，頂部含有若干層負(fù)載生長因子TGF-β1的梯度支架（圖1）。

圖1. 熔融3D打印高強(qiáng)度雜化梯度水凝膠支架及其用于骨軟骨缺損修復(fù)的示意圖

  該生物雜化梯度水凝膠支架長期浸泡PBS后，仍保持穩(wěn)定的孔隙結(jié)構(gòu)和良好的機(jī)械強(qiáng)度，在高孔隙率下，壓縮強(qiáng)度仍然超過1 MPa，循環(huán)壓縮100次后，未發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度下降和剝離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，β-TCP不僅提高支架的強(qiáng)度，而且有效地促進(jìn)細(xì)胞的粘附、增殖和向成骨方向分化，賦予支架良好的骨誘導(dǎo)能力，與宿主骨形成牢固的活性鍵合。含水量較高的支架上層可以改善軟骨替代材料的潤滑性能，并且可控負(fù)載的TGF-β1有效地促進(jìn)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞分化。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明該雜化梯度水凝膠支架可以同時(shí)促進(jìn)軟骨和軟骨下骨再生。

  這一工作為高強(qiáng)度水凝膠的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用做出了有意的探索。該成果近日發(fā)表在Adv. Funct. Mater. 2018 DOI: 10.1002/adfm.201706644。論文第一作者為博士生高飛。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201706644/full