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  關節軟骨損傷患病率較高，損傷后很難實現自修復，而現有的關節軟骨修復材料不能完全滿足臨床需要。水凝膠因其與細胞外基質相似，含水量可調范圍寬及優異的潤滑性等特點，作為關節軟骨修復材料具有潛在的應用前景。但是，現有技術構建的骨軟骨再生支架缺少軟骨與骨之間的界面結構 ? 骨與軟骨過渡層，而此界面層起著緩沖應力及維持微環境等重要的生理功能。3D生物打印技術的發展為仿生組織工程支架的構建提供了一種新的技術手段，但是3D打印出的架構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，天津大學材料學院劉文廣教授領導的研究團隊創建了具有熱塑性和自修復特性的高強度超分子聚合物水凝膠（Adv Mater 2015, 27: 3566–3571），在此基礎上，該團隊與中科院深圳先進技術研究院的阮長順副研究員（共同通訊作者）課題組合作發明了一種可直接3D打印的氫鍵增強的高強度水凝膠墨水。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性，可直接3D打印，無需光交聯，打印后快速固化成型保持完好的宏觀和微觀結構。研究人員模擬軟骨-骨一體化結構，在凝膠中復合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，頂部含有若干層負載生長因子TGF-β1的梯度支架（圖1）。

圖1. 熔融3D打印高強度雜化梯度水凝膠支架及其用于骨軟骨缺損修復的示意圖

  該生物雜化梯度水凝膠支架長期浸泡PBS后，仍保持穩定的孔隙結構和良好的機械強度，在高孔隙率下，壓縮強度仍然超過1 MPa，循環壓縮100次后，未發現強度下降和剝離。實驗結果表明，β-TCP不僅提高支架的強度，而且有效地促進細胞的粘附、增殖和向成骨方向分化，賦予支架良好的骨誘導能力，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，并且可控負載的TGF-β1有效地促進干細胞向軟骨細胞分化。體內實驗表明該雜化梯度水凝膠支架可以同時促進軟骨和軟骨下骨再生。

  這一工作為高強度水凝膠的生物醫學應用做出了有意的探索。該成果近日發表在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