文獻(xiàn)信息

上海市第九人民醫(yī)院整形與重建外科心內(nèi)科上海市組織工程重點實驗室、東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院功能材料研究所、山東大學(xué)齊魯醫(yī)院骨科等單位的研究成果“3D Printed Chondrogenic Functionalized PGS Bioactive Scaffold for Cartilage Regeneration(3D打印軟骨功能化PGS生物活性支架用于軟骨再生)在雜志ADVANCED HEALTHCARE MATERIALS(IF:10)上發(fā)表。平生公司的桌面型顯微CT(VENUS)在論文中提供了重要的兔關(guān)節(jié)軟骨圖像和定量分析。 

該研究的通訊作者為上海交大雷東、周廣東教授、東華大學(xué)游正偉教授。

文獻(xiàn)摘要

組織工程是軟骨再生和修復(fù)的一種很有前途的方法。賦予支架軟骨生物活性以獲得仿生微環(huán)境，調(diào)控支架降解與再生的匹配，在軟骨再生中起著至關(guān)重要的作用。聚甘油癸二酸酯(PGS)是一種典型的熱固性生物彈性體，以其彈性、可生物降解性和生物相容性而聞名，在組織工程中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于其高溫固化條件和有限的反應(yīng)基團(tuán)，PGS支架的修飾和藥物負(fù)載仍然是一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，嚴(yán)重阻礙了其進(jìn)一步的功能應(yīng)用。在這里，提出了一種簡單通用的超級膨脹吸收和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)鎖定新策略，首次成功創(chuàng)建了基于FDA批準(zhǔn)的PGS，明膠(Gel)和硫酸軟骨素(CS)3D打印PGS-CS/ Gel支架。PGS-CS/Gel支架具有良好的層次結(jié)構(gòu)、良好的彈性、親水性和軟骨生物活性等協(xié)同特性，可促進(jìn)軟骨細(xì)胞的粘附、增殖和遷移。重要的是，軟骨再生的速度可以與PGS-CS/Gel支架的降解很好地匹配，獲得均勻成熟的軟骨組織，無支架殘留。該生物活性支架能成功修復(fù)兔滑車溝缺損模型軟骨，具有良好的臨床應(yīng)用前景。

實驗方法

關(guān)節(jié)軟骨缺損的修復(fù)

兔滑車溝模型:采用兔滑車溝缺損模型，探討PGS-CS/Gel生物活性支架的應(yīng)用可行性。8只新西蘭大白兔(3月齡，平均體重2.5kg)肌內(nèi)注射麻醉。簡單地說，在兔左腿上切開皮膚，暴露滑車溝，用電鉆制造全層圓柱形軟骨缺損(直徑4mm，深度3mm)。將PGS-CS/Gel和PGS支架植入關(guān)節(jié)軟骨缺損，并縫合皮膚，關(guān)閉切口。未處理組的家兔對缺陷不進(jìn)行任何額外的處理。12周后處死所有家兔，采集敏銳標(biāo)本。

 顯微CT檢查:采集的敏銳標(biāo)本進(jìn)一步使用顯微CT (VENUS, Avatar3，平生醫(yī)療科技有限公司)進(jìn)行分析，包括三維重建和截面評估。關(guān)節(jié)樣品的顯微CT圖像已被偽色，使修復(fù)組織呈現(xiàn)綠色，缺陷區(qū)域呈現(xiàn)藍(lán)色。

實驗結(jié)果

顯微CT檢查分析與大體觀察和ICRS評分結(jié)果一致。頂部(3D)和橫截面(2D)的結(jié)果清楚地顯示，與PGS和PGS-CS/Gel組相比，未經(jīng)治療組軟骨和軟骨下骨區(qū)域仍然是空的，修復(fù)后的骨組織與鄰近組織的融合最差(圖6B，C)。雖然PGS組再生的軟骨組織與PGS-CS/Gel組相似，但在修復(fù)的軟骨下骨組織質(zhì)量，包括均勻性、密度、與周圍組織的結(jié)合程度等方面仍不如PGS-CS/Gel組。立即從顯微CT檢查的橫截面上評價關(guān)節(jié)軟骨缺損修復(fù)的定量分析完全符合上述分析。PGS-CS/Gel生物活性支架修復(fù)組織面積百分比高于PGS組和未治療組(未治療組:45.62±6.44%，PGS組:66.99±5.09%，PGS-CS/Gel組:76.01±3.94%，圖6D)。

圖6 術(shù)后12周全層關(guān)節(jié)軟骨缺損的特征分析。A)術(shù)后12周修復(fù)后關(guān)節(jié)軟骨大體圖。B)修復(fù)后關(guān)節(jié)軟骨顯微CT檢查的(3D)和橫切面(2D)。D)修復(fù)組織面積與顯微CT檢查橫切面缺損區(qū)域的比較。Q)通過SO/FG染色對比修復(fù)軟骨與相鄰正常軟骨的厚度。* p<0.05。

文獻(xiàn)結(jié)論

在本研究中，作者采用復(fù)合油墨的溶劑塑化方法，連續(xù)快速大規(guī)模3D打印PGS支架。這項改進(jìn)的技術(shù)顯示了3D打印PGS支架在批量生產(chǎn)和進(jìn)一步轉(zhuǎn)化應(yīng)用方面的巨大潛力。針對熱固性PGS生物彈性體在生物活性修飾方面面臨的挑戰(zhàn)，作者開發(fā)了一種超膨脹吸收和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)鎖定的新策略來制備凝膠化修飾和硫酸軟骨素負(fù)載的生物活性復(fù)合支架。重要的是，這種方法簡單、高效、通用性強(qiáng)，可以很容易地應(yīng)用于其他天然生物材料或藥物，以構(gòu)建生物功能的基于PGS的支架，用于特定組織再生。

 PGS-CS/Gel支架具有良好的組織結(jié)構(gòu)、良好的彈性、較好的親水性和軟骨生物活性等協(xié)同性能。仿生微環(huán)境可以調(diào)節(jié)和促進(jìn)軟骨細(xì)胞的粘附、增殖、遷移和ECM分泌等軟骨再生行為。有趣的是，改進(jìn)后的再生可以很好地匹配PGS材料降解，僅在植入4周內(nèi)獲得滿意的軟骨組織，無支架殘留。作為軟骨功能化的PGS-CS/Gel生物活性支架的初步應(yīng)用，可成功修復(fù)關(guān)節(jié)缺損的軟骨和軟骨下骨，臨床轉(zhuǎn)化前景廣闊。

使用設(shè)備

Micro CT（型號：VENUS）（平生醫(yī)療科技）

                                                     影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技