丁建東教授課題組運(yùn)用“初生凝膠”有效開(kāi)展改性明膠的3D打印、并與華山醫(yī)院陳世益教授合作研究關(guān)節(jié)軟骨的再生
關(guān)節(jié)軟骨組織中沒(méi)有血管、淋巴、神經(jīng)組織，一旦發(fā)生損傷或退化病變后難以自修復(fù)。軟骨組織的損傷經(jīng)常伴隨軟骨下骨的病變，仿生骨和軟骨組成和結(jié)構(gòu)的分層多孔支架被認(rèn)為是修復(fù)骨軟骨組織的方法之一。
復(fù)旦大學(xué)聚合物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任丁建東教授與實(shí)驗(yàn)室PI、上海華山醫(yī)院陳世益教授合作，利用3D打印技術(shù)，一步法連續(xù)構(gòu)建雙層多孔水凝膠支架，在沒(méi)有負(fù)載外源性細(xì)胞或生長(zhǎng)因子的情況下，成功地誘導(dǎo)骨軟骨組織修復(fù)再生，并發(fā)現(xiàn)溶脹的水凝膠支架的孔隙和力學(xué)性能對(duì)組織修復(fù)再生有重要影響。
圖1 一步法連續(xù)3D打印構(gòu)建的雙層支架的組成結(jié)構(gòu)及其在骨軟骨修復(fù)中的應(yīng)用
丁建東團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了其所化學(xué)改性的明膠大單體gelMA水體系隨溫度降低呈現(xiàn)sol-gel轉(zhuǎn)變之間的特征，并提出了“初生凝膠”的概念，即，在合適的改性程度、濃度、溫度條件下，剛低于相轉(zhuǎn)變點(diǎn)所形成的水凝膠具有顯著的非牛頓流體行為，呈現(xiàn)強(qiáng)烈的剪切變稀和自修復(fù)能力，由此解決了擠出成型中方便擠出和保持塑型的兩難問(wèn)題，進(jìn)一步將物理凝膠化和化學(xué)凝膠化相結(jié)合，獲得了較為理想的交聯(lián)明膠GelMA水凝膠多孔支架。調(diào)節(jié)3D打印的梁間距，制備了一系列雙層多孔水凝膠支架。綜合結(jié)合支架的力學(xué)性能、體外細(xì)胞遷移和增殖實(shí)驗(yàn)以及體內(nèi)的兔關(guān)節(jié)軟骨-軟骨下骨的再生修復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)在溶脹的水凝膠支架中，中等合適的孔隙能保證細(xì)胞的充分遷移、營(yíng)養(yǎng)的充分輸送并且提供必要的力學(xué)性能。優(yōu)化條件下再生的關(guān)節(jié)軟骨的微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)正常的組織學(xué)形態(tài)。
圖2 3D打印水凝膠支架用于骨軟骨修復(fù)再生的關(guān)鍵因素
圖3 再生關(guān)節(jié)軟骨及其周邊的組織學(xué)顯微圖片
以上相關(guān)成果在Advanced Healthcare Materials發(fā)表。詳見(jiàn)：Jingming Gao#, Xiaoquan Ding#, Xiaoye Yu, Xiaobin Chen, Xingyu Zhang, Shuquan Cui, Jiayue, Shi, Jun Chen, Lin Yu, Shiyi Chen*, Jiandong Ding*, Cell-free bilayered porous scaffolds for osteochondral regeneration fabricated by continuous 3d-printing using nascent physical hydrogel as ink, Advanced Healthcare Materials, 2020: e2001404 。 論文的共同第一作者是復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系高鏡銘博士生和華山醫(yī)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所丁孝權(quán)博士，通訊作者為華山醫(yī)院陳世益教授和高分子科學(xué)系丁建東教授。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202001404
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