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暨南大學郭瑞研究員團隊 AFM：一種新型3D打印雙層顱-腦補片用于同時治療創(chuàng)傷性腦損傷和顱骨缺損

2024-01-24 來源：高分子科技

創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）是一種高死亡率的疾病，通常伴隨一系列繼發(fā)性損傷，包括顱內壓升高、腦灌注不足和神經功能惡化等。臨床上通常采用去骨瓣減壓術減輕TBI引發(fā)的高顱內壓。術后骨瓣缺損部位失去屏障保護，致使受損腦實質暴露于二次損傷的高風險中。近年來，許多研究使用水凝膠支架作為促進骨組織再生的植入物用于顱骨缺損治療。然而，TBI導致的腦組織炎癥仍是去骨瓣減壓術后的一項重大挑戰(zhàn)，目前卻幾乎沒有文獻報道用于去骨瓣減壓術的水凝膠支架同時促進TBI炎癥的改善。

近期，暨南大學郭瑞研究員團隊，開創(chuàng)性地設計了一種以甲基丙烯酰化絲素蛋白（SFMA）為水凝膠材料的仿生雙層顱-腦補片（SMB6）。該研究利用3D打印技術制備不同圖案的雙層異質結構水凝膠支架以實現(xiàn)顱骨缺損和創(chuàng)傷性腦損傷的同時修復。補片的第一層加入高濃度介孔生物活性玻璃（MBG）模仿天然骨骼多孔結構以提供骨誘導微環(huán)境，實現(xiàn)骨間充質干細胞（BMSCs）的粘附、遷移、增殖和成骨分化。補片的第二層負載包裹巨噬細胞集落刺激因子（M-CSF）和白細胞介素-6（IL-6）的仿生小膠質細胞，避開低藥物遞送率的血腦屏障，改善TBI后的炎癥微環(huán)境以破壞繼發(fā)性傷害之間的級聯(lián)反應，促進血管和神經功能改善。這項研究工作不僅引入了一種有潛力的TBI治療策略，還為顱骨補片的臨床轉化提供了新見解。該工作以“A Novel 3D Printed Bi-layer Cranial-brain Patch Promotes Brain Injury Repair and Bone Tissue Regeneration”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上，暨南大學生物醫(yī)學工程系郭瑞研究員為論文通訊作者，碩士生周莉明為第一作者。本研究得到國家重點研發(fā)計劃、廣東省重點研發(fā)計劃和廣東省自然資源廳海洋經濟發(fā)展項目的支持。

圖1 雙層顱-腦補片用于同時治療創(chuàng)傷性腦損傷和顱骨缺損

該研究分別構建了小鼠TBI模型和大鼠顱骨缺損模型以探究顱腦-補片在不同疾病模型中的治療功效。在TBI模型中，SMB6的治療表現(xiàn)出顯著的抑制腦水腫和炎癥改善功效。接著，該研究進一步探究了小鼠的神經功能和血管恢復情況。行為學實驗結果顯示SMB6治療組小鼠的神經功能嚴重程度明顯減輕，且表現(xiàn)出更強的認知探索和學習記憶能力。高精度顯微光聲成像結果顯示對照組小鼠腦部呈現(xiàn)多處出血和腫脹畸形的血管結構，而SMB6治療組僅呈現(xiàn)輕微腫脹的血管結構。上述實驗結果表明，顱-腦補片SMB6的治療阻斷了繼發(fā)性損傷之間的級聯(lián)反應，有效抑制了腦水腫并促進血管和神經功能的恢復。

圖2 SMB6用于小鼠腦部水腫和炎癥恢復的評價

圖3 SMB6用于小鼠腦部神經功能和血管恢復的評價

在大鼠顱骨缺損模型中，CT結果顯示SMB6治療組顱骨缺損部位呈現(xiàn)大量新生骨組織。免疫組織化學結果顯示治療組呈現(xiàn)更多的骨橋蛋白（OPN）和骨鈣素（OCN）表達。這些實驗結果表明補片促進顱骨再生的潛力。

圖4 SMB6用于大鼠缺損顱骨再生的性能評價

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202314330

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（責任編輯：xu）

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