丁建東教授課題組運用“初生凝膠”有效開展改性明膠的3D打印、并與華山醫(yī)院陳世益教授合作研究關節(jié)軟骨的再生
關節(jié)軟骨組織中沒有血管、淋巴、神經(jīng)組織，一旦發(fā)生損傷或退化病變后難以自修復。軟骨組織的損傷經(jīng)常伴隨軟骨下骨的病變，仿生骨和軟骨組成和結構的分層多孔支架被認為是修復骨軟骨組織的方法之一。
復旦大學聚合物分子工程國家重點實驗室主任丁建東教授與實驗室PI、上海華山醫(yī)院陳世益教授合作，利用3D打印技術，一步法連續(xù)構建雙層多孔水凝膠支架，在沒有負載外源性細胞或生長因子的情況下，成功地誘導骨軟骨組織修復再生，并發(fā)現(xiàn)溶脹的水凝膠支架的孔隙和力學性能對組織修復再生有重要影響。
圖1 一步法連續(xù)3D打印構建的雙層支架的組成結構及其在骨軟骨修復中的應用
丁建東團隊運用了其所化學改性的明膠大單體gelMA水體系隨溫度降低呈現(xiàn)sol-gel轉變之間的特征，并提出了“初生凝膠”的概念，即，在合適的改性程度、濃度、溫度條件下，剛低于相轉變點所形成的水凝膠具有顯著的非牛頓流體行為，呈現(xiàn)強烈的剪切變稀和自修復能力，由此解決了擠出成型中方便擠出和保持塑型的兩難問題，進一步將物理凝膠化和化學凝膠化相結合，獲得了較為理想的交聯(lián)明膠GelMA水凝膠多孔支架。調節(jié)3D打印的梁間距，制備了一系列雙層多孔水凝膠支架。綜合結合支架的力學性能、體外細胞遷移和增殖實驗以及體內的兔關節(jié)軟骨-軟骨下骨的再生修復。研究發(fā)現(xiàn)在溶脹的水凝膠支架中，中等合適的孔隙能保證細胞的充分遷移、營養(yǎng)的充分輸送并且提供必要的力學性能。優(yōu)化條件下再生的關節(jié)軟骨的微觀結構呈現(xiàn)正常的組織學形態(tài)。
圖2 3D打印水凝膠支架用于骨軟骨修復再生的關鍵因素
圖3 再生關節(jié)軟骨及其周邊的組織學顯微圖片
以上相關成果在Advanced Healthcare Materials發(fā)表。詳見：Jingming Gao#, Xiaoquan Ding#, Xiaoye Yu, Xiaobin Chen, Xingyu Zhang, Shuquan Cui, Jiayue, Shi, Jun Chen, Lin Yu, Shiyi Chen*, Jiandong Ding*, Cell-free bilayered porous scaffolds for osteochondral regeneration fabricated by continuous 3d-printing using nascent physical hydrogel as ink, Advanced Healthcare Materials, 2020: e2001404 。 論文的共同第一作者是復旦大學高分子科學系高鏡銘博士生和華山醫(yī)院運動醫(yī)學研究所丁孝權博士，通訊作者為華山醫(yī)院陳世益教授和高分子科學系丁建東教授。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202001404
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