文献信息

上海市第九人民医院整形与重建外科心内科上海市组织工程重点实验室、东华大学材料科学与工程学院功能材料研究所、山东大学齐鲁医院骨科等单位的研究成果“3D Printed Chondrogenic Functionalized PGS Bioactive Scaffold for Cartilage Regeneration(3D打印软骨功能化PGS生物活性支架用于软骨再生)在杂志ADVANCED HEALTHCARE MATERIALS(IF:10)上发表。平生公司的桌面型显微CT(VENUS)在论文中提供了重要的兔关节软骨图像和定量分析。

该研究的通讯作者为上海交大雷东、周广东教授、东华大学游正伟教授。

文献摘要

组织工程是软骨再生和修复的一种很有前途的方法。赋予支架软骨生物活性以获得仿生微环境，调控支架降解与再生的匹配，在软骨再生中起着至关重要的作用。聚甘油癸二酸酯(PGS)是一种典型的热固性生物弹性体，以其弹性、可生物降解性和生物相容性而闻名，在组织工程中得到了广泛的应用。然而，由于其高温固化条件和有限的反应基团，PGS支架的修饰和药物负载仍然是一个关键的挑战，严重阻碍了其进一步的功能应用。在这里，提出了一种简单通用的超级膨胀吸收和交联网络锁定新策略，首次成功创建了基于FDA批准的PGS，明胶(Gel)和硫酸软骨素(CS)3D打印PGS-CS/ Gel支架。PGS-CS/Gel支架具有良好的层次结构、良好的弹性、亲水性和软骨生物活性等协同特性，可促进软骨细胞的粘附、增殖和迁移。重要的是，软骨再生的速度可以与PGS-CS/Gel支架的降解很好地匹配，获得均匀成熟的软骨组织，无支架残留。该生物活性支架能成功修复兔滑车沟缺损模型软骨，具有良好的临床应用前景。

实验方法

关节软骨缺损的修复

兔滑车沟模型:采用兔滑车沟缺损模型，探讨PGS-CS/Gel生物活性支架的应用可行性。8只新西兰大白兔(3月龄，平均体重2.5kg)肌内注射麻醉。简单地说，在兔左腿上切开皮肤，暴露滑车沟，用电钻制造全层圆柱形软骨缺损(直径4mm，深度3mm)。将PGS-CS/Gel和PGS支架植入关节软骨缺损，并缝合皮肤，关闭切口。未处理组的家兔对缺陷不进行任何额外的处理。12周后处死所有家兔，采集敏锐标本。

显微CT检查:采集的敏锐标本进一步使用显微CT(VENUS, Avatar3，平生医疗科技有限公司)进行分析，包括三维重建和截面评估。关节样品的显微CT图像已被伪色，使修复组织呈现绿色，缺陷区域呈现蓝色。

实验结果

显微CT检查分析与大体观察和ICRS评分结果一致。顶部(3D)和横截面(2D)的结果清楚地显示，与PGS和PGS-CS/Gel组相比，未经治疗组软骨和软骨下骨区域仍然是空的，修复后的骨组织与邻近组织的融合最差(图6B，C)。虽然PGS组再生的软骨组织与PGS-CS/Gel组相似，但在修复的软骨下骨组织质量，包括均匀性、密度、与周围组织的结合程度等方面仍不如PGS-CS/Gel组。立即从显微CT检查的横截面上评价关节软骨缺损修复的定量分析完全符合上述分析。PGS-CS/Gel生物活性支架修复组织面积百分比高于PGS组和未治疗组(未治疗组:45.62±6.44%，PGS组:66.99±5.09%，PGS-CS/Gel组:76.01±3.94%，图6D)。

图6 术后12周全层关节软骨缺损的特征分析。A)术后12周修复后关节软骨大体图。B)修复后关节软骨显微CT检查的(3D)和横切面(2D)。D)修复组织面积与显微CT检查横切面缺损区域的比较。Q)通过SO/FG染色对比修复软骨与相邻正常软骨的厚度。* p<0.05。

文献结论

在本研究中，作者采用复合油墨的溶剂塑化方法，连续快速大规模3D打印PGS支架。这项改进的技术显示了3D打印PGS支架在批量生产和进一步转化应用方面的巨大潜力。针对热固性PGS生物弹性体在生物活性修饰方面面临的挑战，作者开发了一种超膨胀吸收和交联网络锁定的新策略来制备凝胶化修饰和硫酸软骨素负载的生物活性复合支架。重要的是，这种方法简单、高效、通用性强，可以很容易地应用于其他天然生物材料或药物，以构建生物功能的基于PGS的支架，用于特定组织再生。

PGS-CS/Gel支架具有良好的组织结构、良好的弹性、较好的亲水性和软骨生物活性等协同性能。仿生微环境可以调节和促进软骨细胞的粘附、增殖、迁移和ECM分泌等软骨再生行为。有趣的是，改进后的再生可以很好地匹配PGS材料降解，仅在植入4周内获得满意的软骨组织，无支架残留。作为软骨功能化的PGS-CS/Gel生物活性支架的初步应用，可成功修复关节缺损的软骨和软骨下骨，临床转化前景广阔。

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）