南开大学朱美峰研究员等又一篇 Nat. Commun.：组织创伤修复领域- 可注射功能复合材料

2024-02-17 来源：高分子科技

可注射生物材料通过微创手术实现损伤区域组织原位再生，具有创伤小、恢复快、操作方便、应用安全等优势，在医美领域也极具应用前景。细胞外基质（ECM）水凝胶和聚合物多孔微球可以通过微创注射用于组织修复。然而，ECM水凝胶降解快难以为组织生长提供空间，大多数聚合物微球生物惰性、易碎、可注射性能差，这限制了两类材料促再生效果和应用。

2024年2月14日，南开大学生命科学学院朱美峰研究员在该方面的研究成果以“Elastic porous microspheres/extracellular matrix hydrogel injectable composites releasing dual bio-factors enable tissue regeneration”为题发表在《Nature Communications》杂志上。论文通讯作者为朱美峰研究员，孔德领教授，李雯博士。南开大学生命科学学院李奕博士，刘思洋博士和张晶晶博士为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、京津冀基础研究合作专项和中国博士后等基金支持。

该改工作通过微流控、模板沥滤和去细胞化技术相结合构建了一种由弹性聚（l-丙交酯-co-ε-己内酯）（PLCL）多孔微球和肌肉细胞外基质（mECM）组成的复合材料，同时在不同材料分别装载活性因子白介素-4（IL-4）和胰岛素样生长因子-1（IGF-1），得到了可注射功能复合材料体系（图1）。与传统的聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、聚己内酯（PCL）多孔微球相比，弹性PLCL多孔微球在注射过程或压缩载荷下能够迅速恢复形变，显著减少微球坍塌（图2）。此外，该复合体系能够实现两种材料优势互补，ECM水凝胶提供生物相容性，聚合物微球提供必要的机械强度和多孔结构来引导组织再生。在大鼠皮下注射实验中，复合材料展现出了良好的可注射性和组织相容性，不引起机体免疫排斥反应（图3）。为了验证复合材料促再生性能，研究者将其注射到大鼠胫前肌大体积缺失模型中，负载双因子的功能复合材料体系（mECM@IL4+PM@IGF1）能够通过调控损伤区巨噬细胞和肌源性细胞行为，显著促进新生肌纤维形成、血管化和神经化（图4）。这项研究为可注射功能复合材料设计和构建提供了新策略和新思路，在外科微创治疗和组织修复材料领域具有良好转化前景。

图1可注射功能化复合材料构建及在大鼠大体积肌肉缺失（VML）模型中的应用。

图2聚合物多孔微球的制备、聚多巴胺改性和力学性能表征。A）SEM图像展示不同微球的宏观形态和孔结构。B）不同微球直径统计结果。C）不同微球孔径统计结果。D、E）2D和3D图像（AFM）显示PDA修饰前后PLCL多孔微球表面粗糙度变化，以及相应的统计结果。F）XPS检测PDA改性前后C、O和N峰值变化。G）微球可注射性分析。H）单次压缩30秒或2分钟后不同微球的形貌恢复统计。I、J）不同微球在重复压缩后的形貌变化图像和相应的统计结果。

图3 mECM+PM复合材料的可注射性和组织相容性。A）大鼠皮下注射模型示意图。B）mECM、PM和mECM+PM在注射器中的分布，以及注射后1周和4周的材料残留。C）H&E染色显示组织向材料内生长。D）植入后1周和4周PM组和mECM+PM组微球的S/L值。E）第1周和第4周细胞浸润的统计结果。F）Masson染色显示胶原沉积情况。G）胶原纤维层的厚度。H）毛细血管数量统计。I）各组异物巨细胞（FBGC）的统计。J、K）皮下注射后1周和4周不同组iNOS（绿色）和CD206（红色）的免疫荧光染色图像。L、M）iNOS和CD206荧光强度的统计。

图4在大鼠胫骨前肌VML模型，功能复合材料植入后2周和8周时促进新生肌肉的血管化和神经化。A）激光多普勒监测不同材料植入8周后的血流恢复情况。B）平均血流灌注的统计结果。C）H&E染色显示功能性毛细血管。D）毛细血管数量统计。E）α-SMA（绿色）免疫荧光图像显示成熟毛细血管。F）成熟毛细血管的统计。G）第8周CMAP的代表性结果。H）CMAP定量。I）NF-09（绿色）荧光染色图像。J）NF-09⁺荧光强度的统计。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45764-4

下载：Elastic porous microspheres/extracellular matrix hydrogel injectable composites releasing dual bio-factors enable tissue regeneration

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（责任编辑：xu）

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