组织工程技术在损伤组织或器官的替换和修复、疾病发病机制研究以及药物筛选等方面具有广泛应用。水凝胶由于其良好的生物相容性和高含水量的三维网络结构成为组织工程支架的理想选择。然而，传统胶原基水凝胶由于机械强度差、降解快、以及潜在的免疫原性等问题严重影响了组织工程产品的质量和效果。近年来，大量的研究致力于通过化学改性和交联反应改善基于细胞外基质（ECM）组分水凝胶的力学性能和降解性能。然而，体内细胞所生长的微环境相当复杂。除了粘弹性支持细胞外，ECM还可以通过重塑结构和转导细胞机械信号与细胞相互作用，实现细胞行为和代谢的调节。然而，人工构建的永久网络水凝胶支架通常具有致密的结构，限制了接种细胞的生长和代谢功能；动态网络水凝胶支架为接种细胞提供了适应性空间，但其力学性能不易控制且不稳定。因此，开发具有可控粘弹性和调节细胞行为的适应性组织工程水凝胶支架十分重要。

  基于HASH和GelMA制备了具有IPN结构的水凝胶。其中，HASH通过酰胺键将半胱氨酸嫁接到HA上合成。HA含有与细胞迁移有关的CD44和RHAMM的配体。GelMA通过对明胶进行甲基丙烯酰化合成，明胶含有细胞整合素受体可识别的RGD序列。随后，通过混合HASH、GelMA和光引发剂LAP，通过紫外（UV）交联和氧化交联，制备了具有互穿网络结构的HASH/GelMA水凝胶。

  将成纤维细胞（HSF）接种在动态IPN水凝胶中，研究水凝胶对HSF行为的影响。活/死染色结果表明在动态IPN水凝胶中发现了明显拉长的细胞形态和较大的细胞延伸面积。细胞骨架结果显示IPN水凝胶中的HSF细胞具有更随机分布细胞排列。此外，IPN水凝胶对包裹的HSF细胞所介导的收缩和酶解具有良好的抵抗性。因此，与永久交联的GelMA水凝胶和结构易崩塌的胶原水凝胶相比，动态IPN水凝胶由于其与ECM相似的粘弹性，可以在稳定支撑细胞粘附的前提下，提供一个更适合细胞生长的动态适应性环境。 

  以动态IPN水凝胶为支架，以HSF和角质形成细胞（HaCaT）为接种细胞，利用Transwell气提培养法，构建了双层组织工程皮肤。研究结果表明IPN水凝胶适合于HSF和HaCaT的共培养。与GelMA水凝胶和胶原水凝胶相比，基于IPN水凝胶构建的双层组织工程皮肤具有更良好的机械稳定性、更稳定的真皮-表皮结构，更接近天然皮肤的表皮层厚度、胶原沉积、结构分化和皮肤干性。此外，IPN水凝胶构建的双层组织工程皮肤还表现出良好的屏障功能。 

  与传统敷料相比，组织工程皮肤更能适应伤口愈合和组织再生的复杂过程，从而有效地实现伤口愈合。课题利用全层皮肤缺损的SD大鼠评估由动态IPN水凝胶制备的组织工程皮肤（TES）促伤口愈合能力。与空白组、Tegaderm、单纯IPN水凝胶相比，TES可以加速伤口再上皮化、胶原蛋白沉积和血管生成，而不会引起额外的非特异性和特异性免疫排斥反应，从而更显著地促进全层皮肤缺损的愈合。其背后原因主要归因于TES良好的生物相容性。同时，TES中的HSF和HaCaTs协同分泌多种与组织再生相关的细胞因子和生长因子。 

  该项成果以“Extracellular Matrix Mimicking Dynamic Interpenetrating Network Hydrogel for Skin Tissue Engineering”为题发表在Chemical Engineering Journal期刊上。课题组硕士生王伟彬为本论文第一作者，通讯作者为杨建民副教授和石贤爱教授。该研究工作得到了国家自然科学基金（31800796）和福建省自然科学基金（2022J01095）的资助。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141362

  下载：Extracellular Matrix Mimicking Dynamic Interpenetrating Network Hydrogel for Skin Tissue Engineering