王金武 上交附九王金武《AFM》工程微尺度脉管系统的热响应性水凝胶支架的制备

长期以来，微尺度血管系统的精确构建一直是组织工程中尚未解决的难题。目前，光辅助印刷是最常见的方法。然而，这种方法通常与复杂的制造工艺、高成本和对特定光敏材料的需求有关。近日，上海交通大学医学院附属第九人民医院王金武教授团队利用热响应水凝胶在37°C时引起体积收缩，使MSV工程设计无需复杂的操作过程即可进行。

热敏水凝胶由热敏聚和生物相容性明胶甲基丙烯酸酯组成。在细胞培养中，热响应水凝胶表现出明显的体积收缩，并有效触发了更小尺寸MSV的产生。结果表明，较高浓度的凝胶防止了收缩，而热响应水凝胶在37℃水中和空气体中表现出不同的行为。使用牺牲性藻酸盐纤维可以有效地制造MSV，并且获得的最小MSV直径是50 m..人脐静脉内皮细胞在MSV形成内皮单层。骨肉瘤细胞在热响应水凝胶中保持高活力。体内实验表明，MSV为宿主血管的灌注提供了场所。该技术可能有助于开发一种制造MSV的简单方法，并证明其在组织再生中的巨大临床应用潜力。相关论文发表在《先进功能材料》杂志上，题目为“工程化微尺度血管热响应水凝胶支架的制备”。

图1a)通过湿法纺丝制备牺牲性藻酸盐纤维。b)示意图显示了在聚丙烯酰胺水凝胶中制造微尺度脉管系统。c)皮下植入后，MSV的宿主血管向内生长。

图2a)p/GX水凝胶结构在空气体中在37℃的热响应行为。B)p/GX水凝胶构建体的面积变化。C)P/Gx水凝胶构建体在37℃孵育60或70分钟后收缩。d)在5℃下于N2第二次加热P/GX水凝胶得到的DSC曲线，显示出VPTT的吸热峰。e)p/GX水凝胶的VPTT。

图3a)p/G2水凝胶在空气体和水中的热响应行为。b)37°C和室温下P/G2水凝胶在空气体和水中的面积变化。C)p/G2水凝胶在空气体和水中在37℃下的收缩..d)室温下P/G2水凝胶在空气体和水中的溶胀比。

图4a)使用不同直径的safs制造MSV。b)不同直径的MSV血流灌注结果。c)MSV的直径变化。

图5a)使用不同长度的safs制造MSV。b)在37℃下具有不同MSV的聚丙烯/聚乙烯水凝胶的收缩..c)用不同长度的SAF制造的MSV直径的变化。

图6a)在P/G水凝胶上培养1、3和5天的HUVEC的荧光图像。b)人脐静脉内皮细胞在聚丙烯酰胺水凝胶上培养1、3和5天的细胞活力。c)p/g水凝胶提取物的CCK-8图。d)d)人脐静脉内皮细胞的共聚焦图像i)P-G水凝胶上的f-肌动蛋白I)连接处ii)MSV腔在细胞核和CD31共免疫染色后的共聚焦图像。

图7a)设计P/G水凝胶结构以测试SAF和EDTA-2Na对OC活性的影响。b)不同组OC的细胞活力。c)不同组中含oc的P/G水凝胶构建体的3D共聚焦图像。d)在37℃收缩30分钟后，封装在聚碳酸酯水凝胶中的oc的2D和3D共聚焦图像。比例尺= 200米。

图8a)皮下植入C57BL/6小鼠4周后P/G水凝胶支架的整体观察图像。b)植入支架及周围组织的H&E染色。c)扩大细分领域。d)扩建船舶。e)植入支架和周围组织的CD31和DAPI免疫荧光染色。f)整体观察图像统计的血管数和H&E染色图像统计的200微米支架内的血管数。CD31在植入g)2×2、h)3×3和j)4×4支架的MSV细胞中的表达。

该团队报告了一种策略，通过使用其在37℃下的收缩率，使MSV在热响应性聚碳酸酯水凝胶中容易且快速地成型。聚碳酸酯水凝胶在37℃下显示出体积收缩，并且其尺寸和收缩率可以通过调节聚碳酸酯水凝胶中的GelMA浓度来很好地控制。与水中的水凝胶相比，P/G水凝胶在37℃的空气体中表现出稳定的热响应..体外实验表明，人脐静脉内皮细胞在培养过程中能粘附于P/G水凝胶并保持较高的细胞活力。培养7天后，P/G水凝胶提取物未检测到细胞毒性，在MSV灌注的人脐静脉内皮细胞形成内皮单层。CD31标记物的表达证明了内皮功能的维持。有机碳的高活性进一步表明了水凝胶的生物相容性。此外，将MSV热响应水凝胶支架植入小鼠皮下组织，实现了体内桥接宿主血管的目的。动物实验结果表明，MSV能够促进支架周围和内部血管的形成。MSV温敏水凝胶支架的这些特性表明其在血管生成和组织再生方面具有巨大的潜力。

参考文献:doi.org/10.1002/adfm.202102685

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