3D打印用于促進(jìn)生殖道缺損修復(fù)的雙交聯(lián)活性水凝膠支架

來源：高分子科技

Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser（MRKH）綜合征是一種嚴(yán)重影響女性性生活、生育和心理健康的先天性生殖系統(tǒng)疾病，每5000名新生女嬰中就有一名患有此病。陰道成形手術(shù)是幫助MRKH患者恢復(fù)生殖健康的主要手段。然而，使用皮瓣移植和/或硅膠擴(kuò)張模具的傳統(tǒng)陰道成形術(shù)存在皮瓣獲取困難、并發(fā)癥發(fā)生率高、治療過程繁瑣痛苦以及缺乏個(gè)性化定制等諸多挑戰(zhàn)。

近期，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系俞麟教授和復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院華克勤教授團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了一種能夠?qū)ι�殖道提供充分的力學(xué)支撐且可加速M(fèi)RKH患者生殖道創(chuàng)面修復(fù)的3D打印的雙交聯(lián)活性水凝膠支架（圖1）。

圖1.雙交聯(lián)的生物活性GelMA/Car-Mg水凝膠支架的制備及其在生殖道缺損修復(fù)中的應(yīng)用。

研究人員首先針對(duì)常用的GelMA水凝膠力學(xué)強(qiáng)度以及生物活性不足的缺點(diǎn)，在甲基丙烯�；�的明膠（gelMA）生物墨水中引入了一種從紅海藻中提取的天然多糖--卡拉膠，制備了一系列不同共混比例的gelMA/Car雙組分水凝膠墨水。通過對(duì)復(fù)合體系的凝膠化溫度、低溫成膠模量和擠出性能三方面的綜合考量確定了gelMA/Car共混質(zhì)量比為16/1的雙組分水凝膠作為適于進(jìn)行室溫3D打印的水凝膠生物墨水（圖2）。

圖2. 不同gelMA/Car共混比的雙組分水凝膠墨水的流變學(xué)行為。

隨后，針對(duì)雙組分水凝膠墨水體系中g(shù)elMA與Car各自的交聯(lián)特點(diǎn)，研究人員提出了gelMA的紫外光化學(xué)交聯(lián)協(xié)同鎂離子介導(dǎo)Car的物理交聯(lián)的雙交聯(lián)固化策略。通過交聯(lián)后水凝膠的力學(xué)性能測(cè)試、體內(nèi)外穩(wěn)定性的評(píng)估和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果證實(shí)，雙交聯(lián)策略不但顯著改善了GelMA/Car-Mg雙交聯(lián)水凝膠體系的力學(xué)性能，而且體系中生物活性的鎂離子的引入還賦予了雙交聯(lián)水凝膠良好的促細(xì)胞增殖、遷移和成血管化的能力（圖3）。

圖3. GelMA/Car-Mg水凝膠浸提液對(duì)細(xì)胞增殖、遷移和體外成血管的影響。

研究人員根據(jù)大鼠的生殖道尺寸通過3D打印技術(shù)和雙交聯(lián)策略成功制備了定制化的具有良好力學(xué)支撐力的GelMA/Car-Mg水凝膠支架，并將其用于在大鼠體內(nèi)構(gòu)建的模擬MRKH病情的動(dòng)物模型中（圖4A）。

圖4. 雙交聯(lián)的GelMA/Car-Mg水凝膠支架在大鼠類MRKH疾病模型中的應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雙交聯(lián)的生物活性GelMA/Car-Mg水凝膠支架能夠顯著加速貫穿式生殖道全層缺損的修復(fù)，在一周內(nèi)實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)面的完全閉合（圖4B-D）。免疫組化和免疫熒光染色進(jìn)一步證實(shí)，雙交聯(lián)水凝膠支架在體內(nèi)促進(jìn)了細(xì)胞的增殖、膠原的沉積、血管的生成以及創(chuàng)面的上皮化（圖5）。由雙交聯(lián)生物活性水凝膠支架治療一周后的再生生殖道組織也在電生理實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出與正常生殖道組織最接近的電刺激響應(yīng)行為（圖6）。這一良好的修復(fù)效果歸功于GelMA/Car-Mg水凝膠支架的植入以及從水凝膠支架中持續(xù)釋放的生物活性鎂離子和其他生物活性組分共同加速了傷口愈合、促進(jìn)了膠原沉積、改善了組織整合，從而實(shí)現(xiàn)了生殖道缺損的高質(zhì)量重建。此外，在整個(gè)修復(fù)階段，所有植入體內(nèi)的GelMA/Car-Mg水凝膠支架對(duì)生殖道起到了良好的力學(xué)支撐作用，支架整體結(jié)構(gòu)保持完整并且沒有與創(chuàng)面或新生的組織發(fā)生黏連，可以在創(chuàng)面修復(fù)完成后方便地取出。

圖5. GelMA/Car-Mg水凝膠支架在體內(nèi)對(duì)細(xì)胞增殖、上皮化和血管生成的影響。

圖6. GelMA/Car-Mg水凝膠支架介導(dǎo)的再生生殖道組織的電生理功能測(cè)試。

該工作是針對(duì)于生殖道結(jié)構(gòu)異常進(jìn)行定制化修復(fù)的最新進(jìn)展之一，這一立足于組織工程的水凝膠支架設(shè)計(jì)策略不僅有望為MRKH綜合征的臨床治療提供新思路，并且有潛力應(yīng)用于其他管腔式結(jié)構(gòu)的組織修復(fù)。相關(guān)研究成果以“Dual-Crosslinked Bioactive Hydrogel Scaffold for Accelerated Repair of Genital Tract Defect”為題發(fā)表于Advanced Functional Materials，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系碩士生王黎陽和復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院碩士生鄭亮子為文章的共同第一作者，俞麟教授、華克勤教授和邱君君副主任醫(yī)師為通訊作者，丁建東教授為共同作者。該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。


論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202405966