文献信息

近日，华东理工大学材料科学与工程学院超细材料教育部重点实验室材料生物学与动态化学前沿科学中心等团队的研究成果“Single Step Assembly of Janus Porous Biomaterial by Sub-Ambient Temperature Electrodeposition（亚室温环境下一步实现电化学组装Janus多孔生物材料）在杂志《Small》（IF：15.153）上发表。平生公司桌面型CT（VENUS）在论文中提供了重要的大鼠颅骨缺损图像和定量分析。

该研究的通讯作者为刘昌胜院士和屈雪教授，第一作者为博士后雷淼和硕士研究生廖海涛。

文献摘要

Janus多孔生物材料正受到越来越多的关注，人们正在努力开发简单、快速和可扩展的方法，能够调整微观和宏观结构。本文报道了一种用氨基多糖壳聚糖电沉积法制备Janus多孔膜的单步制备方法。具体来说，当电沉积在亚环境温度(0-5℃)下进行时，会自发产生Janus结构。

亚环境温度电沉积实验表明:出现了Janus微观结构(可能是负责自组装的分子间相互作用发生微妙变化的结果);重要的微观结构特征(孔径、孔隙率和厚度)可以根据条件调整;这种方法易于扩展(相对于串行打印)，可以生成具有Janus面的复杂管状结构。体外研究证明了各向异性的细胞引导，而使用大鼠颅骨缺损模型的体内研究进一步证实了这种Janus多孔膜对引导骨再生的有益特性。

综上所述，这些结果进一步证明了电子制造技术为再生医学应用的软物质控制功能结构提供了一个简单和可扩展的平台技术。

实验方法

所有步骤均获得华东理工大学动物研究生物伦理委员会(ECUST-2022-048)批准。采用颅骨缺损模型对18只雄性SD大鼠(8周，平均体重约250g)进行体内试验。这些动物通过腹腔注射舒泰50麻醉，在无菌条件下使用环钻在双侧颅骨上造出两个直径为5mm的缺损。36个缺损均分为3组:无膜覆盖组(n=12)、有ETroom-Chit覆盖组(n=12)和ET_Sa-Chit覆盖组(n=12)，分别于术后4周、8周和12周处死。行Micro-CT观察新生骨再生情况，切片厚度37 mm，阈值294的Micro-CT系统(Venus，平生医疗科技有限公司)扫描标本。然后，使用重建分析软件avatar(平生医疗科技有限公司)进行三维组织形态学分析。骨体积分数(BV/TV)、骨小梁数量(Tb。Th)和骨密度(BMD)。组织学观察:颅骨先固定于10%中性甲醛溶液中，脱钙后石蜡包埋。石蜡切片用苏木精-伊红染色和马松染色，然后用光学显微镜观察。使用图像分析系统(image Pro 5.0, Media cybertic, Silver Springs, MD)对新形成骨面积的测量进行量化。统计分析:所有数据用平均标准偏差(SD)表示，并采用单因素方差分析和事后检验。显著性设为p < 0.05 (***p < 0.001， **p < 0.01， *p < 0.05)。

实验结果

用18只大鼠颅骨缺损模型评估了Janus多孔膜在体内引导的骨再生能力。在本研究中，作者在这些动物的头骨中制造了两个临界尺寸的缺陷(5mm)，并用相同的方法处理每只动物的缺陷。在这些缺陷形成后，植入不同的薄膜以覆盖缺陷，并将结果与“无膜对照组”进行比较，如图5a所示。在本试验中，作者选择ETsa-Chit膜(6.67 mA cm^-2, 1000 s，致密层≈50 μ m，多孔层≈100 μ m)作为实验膜，因为体外实验结果表明，它具有GBR所需的双重功能:作为成纤维细胞入侵的屏障(与致密层相关)，并允许成骨细胞向内生长(与多孔层相关)。缺乏多孔层的ET_Room-chit膜对照可以评估多孔层对骨再生的重要性。所有的程序都经过了动物研究委员会的批准。

术后4周、8周和12周处死动物，进行高分辨率显微CT扫描（VENUS，平生医疗科技有限公司），观察新骨形成的动态(图5b显示了各组在三个时间点的代表性图像)。12周内各组均可见新生骨再生(左侧和右侧分别用绿色和蓝色标记新生骨)，但三组间新生组织的程度和再生率不同。两组覆膜的颅骨缺损术后新生骨组织较“无膜对照组”多。从Micro-CT的顶部和横断面视图可以观察到，在愈合周期中，覆盖Janus多孔结构ETsa-Chit膜组的骨再生速度略快于覆盖ET_Room-Chit膜组。术后12周，ET_Room-Chit膜覆盖组左侧骨缺损(绿色标记)基本完全恢复，而ET_Room-Chit膜覆盖组两侧仍有部分缺损。显微CT定量形态学分析表明，不同的形态学指标覆膜组和覆膜组的新生骨在各时间点均明显高于未覆膜组。其中，小梁骨体积/总容积比(Tb.12周时，ETsa-Chit组的BV/TV(0.33±0.05)高于ET_Room-Chit组的(0.24±0.05)(p < 0.05)(图5c)。此外，骨小梁骨密度(Tb.ETsa-Chit组新生骨BMD(1.29±0.01g cm^-3)略高于ET_Room-chit组(1.22±0.04 g cm^-3)(图5d)。小梁厚度的比较(Tb.Th)显示了类似的趋势(图5e)。

Janus多孔ETsa-Chit膜引导骨再生的评价。a)图解图像显示手术放置不同的薄膜材料(ET_Room -chit和ETsa-Chit薄膜)在大鼠颅骨缺损处和未放置薄膜的缺损处作为对照组;b)术后4周、8周、12周拍摄的治疗后颅骨缺损的显微CT成像;c)小梁骨体积与组织体积之比(Tb.BV/TV);d)骨小梁骨密度(Tb.BMD) e)小梁厚度(Tb.Th)通过形态计量分析进行评价。

使用设备

Micro CT（型号：VENUS）（平生医疗科技）

影像软件：Avatar（平生医疗科技）