目的:制备甲基丙烯酰化明胶/丝胶(GelMA/SS)互穿网络水凝胶支架，构建胰岛(Islets)仿生微环境。方法:从6周龄美国癌症研究所(ICR)小鼠提取胰岛并经双硫腙染色鉴定。设置组织培养板(TCP)培养为对照组，单独GelMA以及不同质量比GelMA/SS(1∶1、1∶2、1∶4、1∶8)培养为实验组，分别记为G1S1、G1S2、G1S4和G1S8。扫描电镜下观察微观形态，流变学评价支架黏弹性，支架浸提液培养L929细胞评估生物相容性。钙黄绿素-乙酰甲氧基甲酯(AM)/碘化丙锭染色评价胰岛存活，活性氧(ROS)试剂盒评价拮抗ROS产生情况，酶联免疫吸附试验(ELISA)检测葡萄糖刺激胰岛素释放量。两组数据间比较采用 t检验，多组数据组间比较采用方差分析。 结果:分离胰岛呈类圆形；水凝胶弹性随丝胶含量增加而下降，至GelMA/SS＝1∶8时已不能成胶(G">G’)；噻唑蓝(MTT)结果显示实验组均具有良好的生物相容性，且G1S4组显示出最高的细胞活力[(120.67±3.33)%]和显著拮抗ROS产生能力(5.18±0.48)；活/死细胞染色显示实验组能够促进胰岛存活；葡萄糖刺激胰岛素释放(GSIS)结果显示在低糖刺激下G1S4具有最高的胰岛素分泌量[(7.73±0.52) μg/L]，而高糖刺激下实验组与对照组差异无统计学意义( F＝0.395， P>0.05)。 结论:GelMA/SS水凝胶具有良好的生物相容性和葡萄糖刺激响应能力，是构建仿生微环境，用于胰岛培养及移植的理想载体。

目的 构建负载黄芩素的双网络水凝胶并对其促进创面愈合的机制进行研究.方法 将黄芩素(baicalein)、聚乙二醇二丙烯酸酯(polyethylene glycol diacrylate,PEGDA)、羧甲基壳聚糖(carboxym-ethyl chitosan,CMCS)等材料,通过紫外光交联及浸泡等方式,构建负载黄芩素的双网络水凝胶(PEGDA/CMCS@B),将实验分为PEGDA/CMCS、PEGDA/CMCS@B0.5 和PEGDA/CMCS@B1.0 3 组,运用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)观察其形态.选用大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)两种细菌,采用抑菌圈实验探究双网络水凝胶的抑菌性能.将L929 细胞与3 种不同水凝胶共培养48 h,运用活/死染色试验和CCK-8 检测,验证水凝胶的细胞相容性.在大鼠背部建立全皮层缺损创面模型,通过不同材料治疗,运用Image J软件分析 15 天创面修复情况.结果 SEM结果显示,PEGDA/CMCS@B双网络水凝胶具有丰富的孔隙结构.抑菌实验证明PEGDA/CMCS@B水凝胶具有更为出色的抑菌作用(P＜0.001).大鼠全层创面模型实验证实PEGDA/CMCS@B水凝胶可显著促进创面愈合.结论 负载黄芩素的双网络水凝胶可有效促进创面愈合.

双网络(DN)水凝胶是一种具有三维网络结构的高分子生物黏附材料,采用刚性网络与柔性网络互穿的形式对传统单网络(SN)水凝胶进行了强化,具备较高的机械强度与韧性,被广泛应用于医药领域.近年来,出现了多种新型DN水凝胶,为传统DN水凝胶赋予了快速凝胶化、强组织附着力等更多优势,进一步拓宽了DN水凝胶的应用范围.现将近年来DN水凝胶在医药领域的应用及发展现状进行综述.

目的·构建一种基于透明质酸(hyaluronic acid.HA)的自愈合可注射性水凝胶,探究不同浓度铜离子对水凝胶性能及其促成血管功效的影响,评估其应用于临床上伤口愈合的可行性.方法·在光引发剂2959的存在下,通过蓝光诱发了巯基化透明质酸(thiolated hyaluronic acid,HASH)和丙烯酸化双膦酸盐(acrylated bisphosphonate,Ac-PD)之间的巯基-烯点击反应,制备了双膦酸盐化透明质酸(bisphosphonated hyaluronic acid,HAPD);基于HAPD和Cu2+的金属配位作用,构建了不同Cu2+浓度的HAPD-Cu水凝胶,即HAPD-Cul、HAPD-Cu2、HAPD-Cu3以及HAPD-Cu4.采用核磁氢谱以及傅里叶红外光谱验证HASH、Ac-PD、HAPD和HAPD-Cu的分子结构;采用扫描电镜观察HAPD-Cu的微观形貌;采用流变仪验证HAPD-Cu的剪切变稀和自修复特性;采用液相质谱仪测定HAPD-Cu的离子释放;通过活/死细胞染色和CCK-8评价HAPD-Cu的生物相容性;通过人脐静脉血管内皮细胞的成小管实验测定HAPD-Cu的体外促成血管活性;通过CD31组织染色评估HAPD-Cu的体内促成血管活性并建立体外大鼠伤口缺陷模型评价其实际修复效果.结果·化学定性和定量分析手段证明材料的成功制备;体外研究表明,HAPD-Cu均具有疏松多孔的内部结构,且具有优异的自愈性、可注射性和可降解性,降解周期为7d并具有突释行为,满足伤口愈合周期的需求;HAPD-Cu具有良好的生物相容性,但HAPD-Cu4因Cu2+浓度高而具有细胞毒性.此外,在允许的Cu2+浓度范围内,其体外或体内的成血管效果随着Cu2+浓度的增加而增强;且体外伤口模型实验表明,与对照组相比,HAPD-Cu水凝胶显著促进了伤口的愈合.结论·基于金属配位制备的HAPD-Cu水凝胶具有优异的形状可塑性,允许以微创的形式填充缺陷部位,并释放Cu2+以促进早期血管网络的建立,在用于临床上不规则的伤口修复方面具有良好的应用潜力.

目的 探讨人间充质干细胞(human mesenchymal stem cells,hMSCs)中线粒体形态对细胞外基质硬度的力学响应以及腺苷酸激活蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)对线粒体力学响应的调控作用.方法 首先,通过改变丙烯酰和甲叉双丙烯酰胺的单体浓度,制备杨氏模量为1 kPa(软)和20 kPa(硬)两种硬度的聚丙烯酰胺水凝胶;随后,将hMSCs培养在不同硬度水凝胶上,通过激光共聚焦显微镜和Western blot检测线粒体的形态变化和线粒体稳态相关蛋白AMPK的激活情况;最后,分别利用AMPK激活剂A-769662和抑制剂Compound C改变软硬基底上细胞AMPK的激活,观察线粒体的形态变化.结果 hMSCs中线粒体的形态随水凝胶硬度变化呈现异质性,在1 kPa软基质上,线粒体融合,有74%的线粒体呈现出致密的长纤维网络状结构,而在20 kPa硬基质上高达63.3%线粒体为疏松的短片段化或者点状形貌.Western blot结果显示,硬基质上p-AMPK/AMPK的比例是软基质上的1.6倍,免疫荧光染色结果显示在硬的基质p-AMPK的表达升高,并且呈现出核定位,证明随着细胞外基质硬度的提高,细胞内AMPK的激活程度也不断上升.当在软基质上添加AMPK激活剂A-769662后,线粒体形态由纤维网络状向片段化转变,纤维化程度由74%下降到9.5%,同时AMPK抑制剂Compound C可以促进硬基质上线粒体融合,降低点状线粒体占比.结论 细胞外基质硬度通过AMPK的激活调控hMSCs中线粒体的形态.硬基质会促进AMPK激活,导致线粒体分裂,形成大量片段化的短线粒体.这种基质硬度对线粒体形态的影响可以通过改变AMPK的磷酸化水平进行逆转.

采用光固化缓释体系技术制备丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶,传统方法制备丙烯酰胺单网络水凝胶和海藻酸钠单网络水凝胶,然后使用万能材料试验机对丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶和丙烯酰胺单网络水凝胶做力学性能的检验,接着对丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶力学性能的稳定性进行检验,最后将丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶和海藻酸钠单网络水凝胶放入不同pH的溶液中分别检测溶胀率.结果显示,丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶的最大应变和弹性模量都与丙烯酰胺单网络水凝胶显著不同.丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶经过30 min的往复拉伸后,力学性能依然稳定,没有明显的变化,且在不同pH溶液内的溶胀率也明显不同.丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶拥有稳定的力学性能,具有更稳定的溶胀率且快速到达溶胀平衡.因此,该双网络水凝胶具有较好的应用前景.

背景:基于席夫碱反应的双交联水凝胶粘合剂,具有一定的网络结构和更好的生物相容性,黏结强度也更高,在组织工程和临床医学中具有很好的应用前景.目的:通过席夫碱反应制备氧化葡聚糖/胺化羧甲基壳聚糖双组分水凝胶粘合剂,并进行表征.方法:利用高碘酸钠对葡聚糖进行氧化处理,利用乙二胺对羧甲基壳聚糖进行胺化处理;在室温条件下,通过席夫碱反应制备氧化葡聚糖/胺化羧甲基壳聚糖水凝胶粘合剂.利用红外吸收光谱表征氧化葡聚糖和胺化羧甲基壳聚糖的结构,利用分光光度计法测定氧化葡聚糖碘残留量,利用气相色谱法测定胺化羧甲基壳聚糖乙二胺残留量.根据行业标准,利用万能试验机检测氧化葡聚糖/羧甲基壳聚糖与氧化葡聚糖/胺化羧甲基壳聚糖水凝胶粘合剂的搭接-剪切拉伸承载强度、T-剥离拉伸承载强度、拉伸强度.结果与结论:①红外光谱显示,与葡聚糖相比,氧化葡聚糖的峰强度下降,同时在1733 cm-1处出现一个新的吸收峰,对应于半缩醛结构;羧甲基壳聚糖本身具有胺基,在3358 cm-1处宽峰对应于胺基与羟基的伸缩振动,胺化羧甲基壳聚糖在3358 cm-1吸收峰大幅度增强;②氧化葡聚糖的氧化度为73.42%,碘残留量为138.58μg/g;胺化羧甲基壳聚糖胺基含量为0.6369 mmol/L,无乙二胺残留;③氧化葡聚糖/胺化羧甲基壳聚糖水凝胶粘合剂的搭接-剪切拉伸承载强度、T-剥离拉伸承载强度和拉伸强度较氧化葡聚糖/羧甲基壳聚糖水凝胶粘合剂分别增大47.48%、17.54%和76.42%,增幅明显;④结果表明,氧化葡聚糖/胺化羧甲基壳聚糖水凝胶粘合剂具有较高的搭接-剪切拉伸承载强度、T-剥离拉伸承载强度和拉伸强度.

目的·通过双网络(double network,DN)方法构建一种高强度的天然高分子水凝胶,并探讨其对大鼠骨髓间充质干细胞(rat bone mesenchymal stem cells,rBMSCs)成骨分化的促进作用.方法·通过两步光交联法制备透明质酸-明胶双网络(HA-Gel DN)水凝胶,并通过扫描电子显微镜、溶胀、压缩和降解实验评估其物理化学性能.CCK-8和荧光染色检测rBMSCs在水凝胶上的活性和铺展、贴附、增殖能力;定量PCR和Western blotting检测rBMSCs的成骨分化能力.结果·与HA水凝胶和Gel水凝胶相比,HA-Gel DN水凝胶有更适宜于rBMSCs成骨分化的吸水和保水性能[(12.6±0.7)倍,(10.3±0.4)倍],更强的力学性能[(43.7±5.6) kPa]以及更慢的降解速率[12周,(82.3±3.9)％].体外实验显示HA-Gel DN水凝胶具有良好的生物相容性,定量PCR显示它能够促进rBMSCs成骨相关基因(Runx2、BSP、OPN、OCN、OSX和ALP)的表达,Western blotting显示它显著提高rBMSCs成骨相关蛋白(OPN、OSX和BSP)的表达.结论·HA-GelDN水凝胶具有良好的生物相容性和诱导rBMSCs成骨分化的能力,为DN水凝胶成为潜在的骨缺损修复材料提供了新的实验依据.

目的 以聚己内酯(PCL)、海藻酸钠、壳聚糖为材料,研制椎间盘双相支架,并评估其作为组织工程椎间盘的可行性.方法 聚己内酯作为原料,采用熔融电纺法制备取向性多孔纤维环支架,将海藻酸钠/壳聚糖水凝胶注入到中空的纤维环(AF)支架中央合成双相椎间盘支架.通过体式显微镜、扫描电镜观测双相支架的结构、孔径、孔隙率;人脐带干细胞复合双相支架体外培养7d,用死活细胞染色法评价生物相容性,CCK-8实验测定细胞增殖情况,力学加载仪器测量双相支架的压缩弹性模量.结果 体式显微镜和扫描电镜可见纤维环相成菱形多孔结构,髓核相(NP)呈不规则多孔结构;纤维环相和髓核相孔径分别为(225.6±3.9) μm、(205.5±5.2) μm,孔隙率分别为(74.17±0.39)％、(85.52±0.48)％,支架扫描电镜可见细胞黏附在支架表面,周围有细胞外基质分泌;死活细胞染色显示无死细胞;CCK-8检测结果显示人脐带干细胞具有良好的增殖活性,压缩弹性模量(173.24±44.93)kPa.结论 以聚己内酯、海藻酸钠、壳聚糖为材料制备的椎间盘双相支架,具有良好的孔径、孔隙率和细胞相容性,支架间结合紧密,具有三维网络结构,优良的力学特性,是构建组织工程椎间盘理想载体.

背景:构建三维的预血管化系统,对于大尺寸、复杂三维结构组织内细胞的存活和功能表达均具有决定性作用.因此,寻找一种合适的预血管化策略已成为3D生物打印大尺寸、复杂三维组织亟待解决的问题.目的:对3D生物打印大尺寸、预血管化三维结构进行初步的探索.方法:用逆向工程软件Catia设计三维生物打印蓝图;以改装后的桌面级双喷头3D打印机为生物打印机,以聚乙烯醇为牺牲材料打印牺牲骨架;以大鼠骨髓间充质干细胞、海藻酸钠、琼脂糖和纳米纤维素溶液的混合物为细胞生物墨水.根据预先设计的参数进行生物打印,构建具有三维流体通道的组织工程三维结构体.观察打印获得的三维结构体,评价打印后及材料溶解后的细胞活性;体外培养打印获得的结构体,并用Alamar Blue试剂盒检测细胞在三维结构体中的增殖.结果与结论:利用Catia软件设计出了具有微孔的外壁及内部纵横交错的微管结构的双喷头打印模型,用该三维生物打印技术构建出具有自定义尺寸(尤其是高度)和预血管化的三维结构,结构体中细胞12 h的存活率为(95.47±0.54)％,随着体外培养时间的延长,细胞存活率下降并稳定在80％以上.随着培养时间的增加,构建体中的细胞增殖呈上升趋势.结果表明:该生物打印方法可用于通过使用各种生物水凝胶材料制造不同特性的三维结构体,在生物制造具有临床相关尺寸的预血管化的复杂组织器官方面具有潜力.