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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學。3D打印PGS支架除了保留了優異的生物彈性外，還具備有序的多級仿生結構，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域的應用。因此，構建具有功能化的3D打印PGS生物活性支架，能夠有效解決現階段PGS生物彈性體應用存在的重大挑戰，為生物彈性體發展和應用提供新的思路和技術支持。

近日，上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院雷東、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-吸收改性和交聯網絡鎖定的新策略，構建了針對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。相關工作以《3D printed chondrogenic functionalized PGS bioactive scaffold for cartilage regeneration》，發表于《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-吸收改性和交聯網絡鎖定策略將明膠和硫酸軟骨素溶脹吸收并鎖定于PGS內部微孔及分子鏈之間，實現了對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建及關節軟骨缺損修復研究（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構，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節軟骨全層缺損的再生修復研究。術后12周，從大體觀、Micro-CT及組織學結果表明PGS生物活性支架表現出顯著的促軟骨再生活性和關節缺損修復能力，具有良好的應用前景（圖4）。

圖4. 關節軟骨全層缺損修復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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（責任編輯：xu）

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