上海交大雷东、周广东教授/东华大学游正伟教授 AHM：软骨功能化3D打印PGS生物活性支架用于软骨再生

2023-07-07 来源：高分子科技

聚癸二酸甘油酯(PGS)是一种典型的热固性生物弹性体，因其具备优异的弹性性能、线性生物降解性和生物相容性等，被广泛应用于组织工程和再生医学。3D打印PGS支架除了保留了优异的生物弹性外，还具备有序的多级仿生结构，已被应用于心脏修复和气管再生。然而，由于PGS缺乏活性基团及苛刻的热交联条件（高温真空150 ^oC，24 h）,导致其缺乏活性并难以被生物改性，极大地限制在组织再生领域的应用。因此，构建具有功能化的3D打印PGS生物活性支架，能够有效解决现阶段PGS生物弹性体应用存在的重大挑战，为生物弹性体发展和应用提供新的思路和技术支持。

近日，上海交通大学医学院附属第九人民医院雷东、周广东教授和东华大学游正伟教授提出了一种通用高效的超溶胀-吸收改性和交联网络锁定的新策略，构建了针对3D打印PGS支架进行生物改性和药物负载的通用平台，将天然大分子明胶和小分子药物硫酸软骨素溶胀吸收并锁定于PGS内部微孔及分子链之间，制备软骨功能化3D打印PGS生物活性支架。首次利用可逆溶胀特性基于热交联完成的3D打印PGS支架进行生物活性改性和药物负载，并将其初步应用于软骨再生研究。相关工作以《3D printed chondrogenic functionalized PGS bioactive scaffold for cartilage regeneration》，发表于《Advanced Healthcare Materials》。文章第一作者为王思楠硕士。

图1. PGS-CS/Gel生物活性支架制备及应用原理图。

该团队通过超溶胀-吸收改性和交联网络锁定策略将明胶和硫酸软骨素溶胀吸收并锁定于PGS内部微孔及分子链之间，实现了对3D打印PGS支架的生物活性修饰和药物负载，并开展组织工程软骨构建及关节软骨缺损修复研究（图1）。通过S-Mapping、FITC荧光标记、红外光谱分析、载药量分析及力学测试结果表明成功制备PGS-CS/Gel生物活性支架并保留有序的多孔结构，良好的生物弹性、耐疲劳性和软骨活性（图2）。

图2. PGS-CS/Gel生物活性支架形态学和力学分析。

该团队首先利用PGS-CS/Gel生物活性支架开展组织工程软骨再生研究，将体外培养4周的工程软骨，植入裸鼠皮下。植入4周后，PGS基本完全降解。PGS和PGS-Gel复合支架的再生效率与降解不匹配，导致大量组织空腔。PGS-CS/Gel生物活性支架基本被均一、成熟且致密的再生软骨所替代；表现出更好的促软骨再生行为（图3）。

图3. 裸鼠皮下移植4周再生软骨大体观及组织学评价。

进一步，该团队将PGS-CS/Gel软骨活性支架应用于兔关节软骨全层缺损的再生修复研究。术后12周，从大体观、Micro-CT及组织学结果表明PGS生物活性支架表现出显著的促软骨再生活性和关节缺损修复能力，具有良好的应用前景（图4）。

图4. 关节软骨全层缺损修复12周评价。

论文信息：Wang, S., Luo, B., Bai, B., Wang, Q., Chen, H., Tan, X., Tang, Z., Shen, S., Zhou, H., You, Z., Zhou, G., Lei, D., 3D Printed Chondrogenic Functionalized PGS Bioactive Scaffold for Cartilage Regeneration. Adv. Healthcare Mater. 2023, 2301006.

论文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202301006

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（责任编辑：xu）

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