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南開大學朱美峰研究員等又一篇 Nat. Commun.:組織創(chuàng)傷修復領域- 可注射功能復合材料
2024-02-17  來源:高分子科技

  可注射生物材料通過微創(chuàng)手術(shù)實現(xiàn)損傷區(qū)域組織原位再生,具有創(chuàng)傷小、恢復快、操作方便、應用安全等優(yōu)勢,在醫(yī)美領域也極具應用前景。細胞外基質(zhì)(ECM)水凝膠和聚合物多孔微球可以通過微創(chuàng)注射用于組織修復。然而,ECM水凝膠降解快難以為組織生長提供空間,大多數(shù)聚合物微球生物惰性、易碎、可注射性能差,這限制了兩類材料再生效果和應用。



  2024214日,南開大學生命科學學院朱美峰研究員在該方面的研究成果以Elastic porous microspheres/extracellular matrix hydrogel injectable composites releasing dual bio-factors enable tissue regeneration為題發(fā)表在Nature Communications》雜志上。論文通訊作者為朱美峰研究員,孔德領教授,李雯博士。南開大學生命科學學院李奕博士,劉思洋博士和張晶晶博士為共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金、京津冀基礎研究合作專項和中國博士后等基金支持。


  該改工作通過微流控、模板瀝濾和去細胞化技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建了一種由彈性聚l-丙交酯-co-ε-己內(nèi)酯)PLCL)多孔微球和肌肉細胞外基質(zhì)(mECM)組成的復合材料,同時在不同材料分別裝載活性因子白介素-4IL-4)和胰島素樣生長因子-1IGF-1),得到了可注射功能復合材料體系(圖1)。與傳統(tǒng)的聚乳酸-羥基乙酸共聚物PLGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)多孔微球相比,彈性PLCL多孔微球在注射過程或壓縮載荷下能夠迅速恢復形變,顯著減少微球坍塌(圖2)。此外,該復合體系能夠?qū)崿F(xiàn)兩種材料優(yōu)勢互補,ECM水凝膠提供生物相容性,聚合物微球提供必要的機械強度和多孔結(jié)構(gòu)來引導組織再生。在大鼠皮下注射實驗中,復合材料展現(xiàn)出了良好的可注射性和組織相容性,不引起機體免疫排斥反應(圖3)。為了驗證復合材料促再生性能,研究者將其注射到大鼠脛前肌大體積缺失模型中,負載雙因子的功能復合材料體系(mECM@IL4+PM@IGF1)能夠通過調(diào)控損傷區(qū)巨噬細胞和肌源性細胞行為,顯著促進新生肌纖維形成、血管化和神經(jīng)化(圖4)。這項研究為可注射功能復合材料設計和構(gòu)建提供了新策略和新思路,在外科微創(chuàng)治療和組織修復材料領域具有良好轉(zhuǎn)化前景。 


1可注射功能化復合材料構(gòu)建在大鼠大體積肌肉缺失VML)模型中的應用 


2聚合物多孔微球的制備、聚多巴胺改性和力學性能表征。ASEM圖像展示不同微球的宏觀形態(tài)和孔結(jié)構(gòu)。B)不同微球直徑統(tǒng)計結(jié)果。C)不同微球孔徑統(tǒng)計結(jié)果。D、E2D3D圖像(AFM)顯示PDA修飾前后PLCL多孔微球表面粗糙度變化,以及相應的統(tǒng)計結(jié)果。FXPS檢測PDA改性前后C、ON變化G)微球可注射性分析。H單次壓縮30秒或2分鐘后不同微球的形貌恢復統(tǒng)計。IJ)不同微球在重復壓縮后的形貌變化圖像和相應的統(tǒng)計結(jié)果。 


3 mECM+PM復合材料的可注射性和組織相容性。A)大鼠皮下注射模型示意圖。BmECMPMmECM+PM在注射器中的分布,以及注射后1周和4周的材料殘留CH&E染色顯示組織向材料內(nèi)生長。D)植入后1周和4PM組和mECM+PM組微球的S/L值。E)第1周和第4周細胞浸潤的統(tǒng)計結(jié)果。FMasson染色顯示膠原沉積情況。G)膠原纖維層的厚度。H)毛細管數(shù)量統(tǒng)計。I各組異物巨細胞(FBGC)的統(tǒng)計。J、K)皮下注射后1周和4周不同組iNOS(綠色)和CD206(紅色)的免疫熒光染色圖像。L、MiNOSCD206熒光強度的統(tǒng)計。 


4在大鼠脛骨前肌VML模型,功能復合材料植入后2周和8周時促進新生肌肉的血管化和神經(jīng)化。A)激光多普勒監(jiān)測不同材料植入8周后血流恢復情況。B平均血流灌注的統(tǒng)計結(jié)果。CH&E染色顯示功能性毛細管。D毛細管數(shù)量統(tǒng)計。Eα-SMA(綠色)免疫熒光圖像顯示成熟毛細血管。F)成熟毛細血管的統(tǒng)計。G8CMAP的代表性結(jié)果。HCMAP定量。INF-09(綠色)熒光染色圖像。JNF-09+熒光強度的統(tǒng)計。


  原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-45764-4

  下載:Elastic porous microspheres/extracellular matrix hydrogel injectable composites releasing dual bio-factors enable tissue regeneration

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(責任編輯:xu)
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