3D打印用于促進生殖道缺損修復的雙交聯(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。陰道成形手術是幫助MRKH患者恢復生殖健康的主要手段。然而，使用皮瓣移植和/或硅膠擴張模具的傳統(tǒng)陰道成形術存在皮瓣獲取困難、并發(fā)癥發(fā)生率高、治療過程繁瑣痛苦以及缺乏個性化定制等諸多挑戰(zhàn)。

近期，復旦大學高分子科學系俞麟教授和復旦大學附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院華克勤教授團隊合作開發(fā)了一種能夠對生殖道提供充分的力學支撐且可加速MRKH患者生殖道創(chuàng)面修復的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中的應用。

研究人員首先針對常用的GelMA水凝膠力學強度以及生物活性不足的缺點，在甲基丙烯酰化的明膠（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。通過對復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共混質量比為16/1的雙組分水凝膠作為適于進行室溫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行為。

隨后，針對雙組分水凝膠墨水體系中gelMA與Car各自的交聯(lián)特點，研究人員提出了gelMA的紫外光化學交聯(lián)協(xié)同鎂離子介導Car的物理交聯(lián)的雙交聯(lián)固化策略。通過交聯(lián)后水凝膠的力學性能測試、體內(nèi)外穩(wěn)定性的評估和細胞實驗的結果證實，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水凝膠浸提液對細胞增殖、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打印技術和雙交聯(lián)策略成功制備了定制化的具有良好力學支撐力的GelMA/Car-Mg水凝膠支架，并將其用于在大鼠體內(nèi)構建的模擬MRKH病情的動物模型中（圖4A）。

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

實驗結果表明，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，在一周內(nèi)實現(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一步證實，雙交聯(lián)水凝膠支架在體內(nèi)促進了細胞的增殖、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驗中表現(xiàn)出與正常生殖道組織最接近的電刺激響應行為（圖6）。這一良好的修復效果歸功于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、促進了膠原沉積、改善了組織整合，從而實現(xiàn)了生殖道缺損的高質量重建。此外，在整個修復階段，所有植入體內(nèi)的GelMA/Car-Mg水凝膠支架對生殖道起到了良好的力學支撐作用，支架整體結構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)面修復完成后方便地取出。

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

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

該工作是針對于生殖道結構異常進行定制化修復的最新進展之一，這一立足于組織工程的水凝膠支架設計策略不僅有望為MRKH綜合征的臨床治療提供新思路，并且有潛力應用于其他管腔式結構的組織修復。相關研究成果以“Dual-Crosslinked Bioactive Hydrogel Scaffold for Accelerated Repair of Genital Tract Defect”為題發(fā)表于Advanced Functional Materials，復旦大學高分子科學系碩士生王黎陽和復旦大學附屬婦產(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家重點研發(fā)計劃項目的資助。


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