东华大学何创龙教授团队《Materials Today Bio》：聚电解质改性相分离纳米纤维多孔支架增强组织长入和骨再生

2023-05-29 来源：高分子科技

相分离技术可以制备具有纳米纤维结构的支架，同时发展出在无致孔剂加入的情况下能形成多孔结构。但是以合成高分子聚合物为原料制备的相分离支架，因其存在较差的亲水性、缺乏细胞粘附位点和生物活性弱等问题，常表现出较弱的细胞亲和性和组织再生诱导能力，不利于细胞的粘附、生长以及缺损组织的修复。鉴于与细胞外基质相似的结构，相分离支架在骨组织工程方面具有较好的应用潜力，但仍需进一步改善细胞亲和性和成骨活性，增强支架的组织长入和骨再生能力。

近期，东华大学何创龙教授团队利用前期发展的无致孔剂策略和相分离技术制备纳米纤维多孔支架，并结合聚电解质层层自组装的修饰方法，构建了一种具有生物活性因子缓释的纳米纤维多孔支架（图1）。

利用壳聚糖和明胶（B型）异种电荷性质，在制备的相分离支架表面进行吸附改性，获得具有聚电解质层修饰的纳米纤维多孔支架（图2），以提高支架的亲水性和蛋白固定能力（图3）。基于明胶骨架中存在RGD 序列，可提高支架的细胞粘附性能，有利于细胞的生长。此外，掺锶羟基磷灰石（SrHA）的掺入，进一步提高了支架的力学性能；同时作为锶离子的储存库，结合支架吸附成骨蛋白BMP-2，制备的复合支架（BMP-2/SrHA@PCG）表现出前期较快释放BMP-2蛋白和持续释放锶离子的双因子控释模式。研究结果显示，相比未改性的支架，聚电解质层修饰的支架显著促进细胞的增殖，同时在支架内部表现出更好的组织浸润和微血管生成（图4）。另外，BMP-2/SrHA@PCG支架通过释放成骨因子促进骨髓间充质干细胞的成骨分化。大鼠颅骨缺损模型证实，BMP-2/SrHA@PCG支架能够促进体内新骨生成，加速骨缺损的愈合（图5）。综上所述，本研究结合相分离和聚电解质自组装技术，构建了兼顾结构和功能的生物活性纳米纤维多孔支架，并证实该支架具有增强的组织长入和骨再生特性，这为构建新型生物活性骨修复材料提供了新的思路。

图1 复合支架的制备及其生物功能示意图。

图2复合支架的微观结构。（A）SEM图片；（B-D）孔径分布；（E-F）EDS能谱分析。

图3 复合支架的亲水性与蛋白固定能力表征。（A）FTIR图谱；（B）XRD图谱；（C）吸水率；（D）接触角测试；（E）渗透性能；（F）蛋白固定效率；（G）应力-应变曲线；（H）压缩模量。

图4 复合支架的生物相容性评价。（A）细胞增殖；（B）活细胞染色荧光图片；（C）细胞培养30天后的荧光图片和SEM图片；（D）皮下包埋的H&E和Masson染色图片。

图5 复合支架的体内成骨性能评价。（A）颅骨缺损修复示意图；（B）Micro-CT重建图片；（C）骨密度分析；（D）骨体积分析。

该工作以“Enhanced tissue infiltration and bone regeneration through spatiotemporal delivery of bioactive factors from polyelectrolytes modified biomimetic scaffold”为题发表在《Materials Today Bio》期刊上，论文的通讯作者为东华大学何创龙教授、王伟忠博士和中山市中医院陈亮副主任医师，第一作者为东华大学周小军博士。该工作得到国家自然科学基金、上海市自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2023.100681

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（责任编辑：xu）

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