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(guó)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)一體化仿生骨-軟骨雙相結(jié)構(gòu)，并證實(shí)其體內(nèi)外具有同時(shí)促進(jìn)骨-軟骨修復(fù)能力。此項(xiàng)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(méi)有神經(jīng)及血管支配、且所含細(xì)胞量極少，損傷后很難實(shí)現(xiàn)自身修復(fù)。而且一旦軟骨受到損傷，會(huì)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(shí)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(duì)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酰基甘氨酰胺（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(dòng)性，可直接3D打印，無(wú)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(shí)，團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)因子TGF-β1的梯度支架。該生物雜化梯度水凝膠支架長(zhǎng)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(guò)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(shí)驗(yàn)表明該雜化梯度水凝膠支架可以同時(shí)促進(jìn)軟骨和軟骨下骨再生。

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

來(lái)源：中科院深圳先進(jìn)院&醫(yī)藥所退行性中心