深圳先進(jìn)院三維打印構(gòu)建骨/軟骨一體化修復(fù)支架領(lǐng)域獲得新進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所人體組織與器官退行性研究中心阮長順副研究員課題組與天津大學(xué)材料學(xué)院劉文廣教授團(tuán)隊合作在三維打印構(gòu)建骨/軟骨一體化修復(fù)支架領(lǐng)域獲得新進(jìn)展。該團(tuán)隊首次運(yùn)用直接一步法3D打印技術(shù)構(gòu)建生物活性梯度的高強(qiáng)度水凝膠，實現(xiàn)一體化仿生骨-軟骨雙相結(jié)構(gòu)，并證實其體內(nèi)外具有同時促進(jìn)骨-軟骨修復(fù)能力。此項研究成果以題為Direct 3D Printing of High Strength Biohybrid Gradient Hydrogel Scaffolds for Efficient Repair of Osteochondral Defect（直接3D打印高強(qiáng)度雜化梯度水凝膠支架用于骨軟骨修復(fù)）發(fā)表在權(quán)威刊物Advanced Functional Materials （《先進(jìn)功能材料》，2018 DOI: 10.1002/adfm.201706644，影響因子12.124）上。

關(guān)節(jié)軟骨本身沒有神經(jīng)及血管支配、且所含細(xì)胞量極少，損傷后很難實現(xiàn)自身修復(fù)。而且一旦軟骨受到損傷，會累及軟骨下骨，進(jìn)而導(dǎo)致骨-軟骨缺損。由于軟骨和軟骨下骨的生物學(xué)特性不同，導(dǎo)致骨-軟骨一體化修復(fù)極具挑戰(zhàn)。通常先分別制作骨和軟骨組織仿生支架，再組裝成骨-軟骨一體化再生支架，往往在實際中骨與軟骨之間的界面結(jié)合力比較弱，難以滿足應(yīng)用需求。因此，如何快速構(gòu)建仿生骨-軟骨再生修復(fù)的一體化再生支架具有較大挑戰(zhàn)。

本研究中，該團(tuán)隊發(fā)明了一種可直接3D打印的氫鍵增強(qiáng)的高強(qiáng)度水凝膠墨水。該墨水是一種基于丙烯�；�甘氨酰胺（PNAGA）共聚物超分子聚合物水凝膠，PNAGA共聚物水凝膠具有比其均聚物水凝膠更低的熔融溫度和更好的流動性，可直接3D打印，無需光交聯(lián)，打印后可快速固化成型并保持完好的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)。同時，團(tuán)隊模擬軟骨-骨一體化結(jié)構(gòu)，利用多噴頭交替打印制備成底層含有β-TCP，頂部含有若干層負(fù)載生長因子TGF-β1的梯度支架。該生物雜化梯度水凝膠支架長期浸泡PBS后，仍保持穩(wěn)定的孔隙結(jié)構(gòu)和良好的機(jī)械強(qiáng)度，在高孔隙率下，壓縮強(qiáng)度仍然超過1 MPa，循環(huán)壓縮100次后，未發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度下降和剝離。體內(nèi)實驗表明該雜化梯度水凝膠支架可以同時促進(jìn)軟骨和軟骨下骨再生。

研究工作得到了國家自然基金、深圳市孔雀團(tuán)隊、廣東省青年撥尖人才及深圳市科創(chuàng)委等項目的資助。

來源：中科院深圳先進(jìn)院&醫(yī)藥所退行性中心