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南開大學朱美峰研究員等又一篇 Nat. Commun.：組織創傷修復領域- 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手術實現損傷區域組織原位再生，具有創傷小、恢復快、操作方便、應用安全等優勢，在醫美領域也極具應用前景。細胞外基質（ECM）水凝膠和聚合物多孔微球可以通過微創注射用于組織修復。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，這限制了兩類材料促再生效果和應用。

2024年2月14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相結合構建了一種由彈性聚（l-丙交酯-co-ε-己內酯）（PLCL）多孔微球和肌肉細胞外基質（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-4（IL-4）和胰島素樣生長因子-1（IGF-1），得到了可注射功能復合材料體系（圖1）。與傳統的聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）、聚己內酯（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，該復合體系能夠實現兩種材料優勢互補，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構來引導組織再生。在大鼠皮下注射實驗中，復合材料展現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）能夠通過調控損傷區巨噬細胞和肌源性細胞行為，顯著促進新生肌纖維形成、血管化和神經化（圖4）。這項研究為可注射功能復合材料設計和構建提供了新策略和新思路，在外科微創治療和組織修復材料領域具有良好轉化前景。

圖1可注射功能化復合材料構建及在大鼠大體積肌肉缺失（VML）模型中的應用。

圖2聚合物多孔微球的制備、聚多巴胺改性和力學性能表征。A）SEM圖像展示不同微球的宏觀形態和孔結構。B）不同微球直徑統計結果。C）不同微球孔徑統計結果。D、E）2D和3D圖像（AFM）顯示PDA修飾前后PLCL多孔微球表面粗糙度變化，以及相應的統計結果。F）XPS檢測PDA改性前后C、O和N峰值變化。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計。I、J）不同微球在重復壓縮后的形貌變化圖像和相應的統計結果。

圖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。B）mECM、PM和mECM+PM在注射器中的分布，以及注射后1周和4周的材料殘留。C）H&E染色顯示組織向材料內生長。D）植入后1周和4周PM組和mECM+PM組微球的S/L值。E）第1周和第4周細胞浸潤的統計結果。F）Masson染色顯示膠原沉積情況。G）膠原纖維層的厚度。H）毛細血管數量統計。I）各組異物巨細胞（FBGC）的統計。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、M）iNOS和CD206熒光強度的統計。

圖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化。A）激光多普勒監測不同材料植入8周后的血流恢復情況。B）平均血流灌注的統計結果。C）H&E染色顯示功能性毛細血管。D）毛細血管數量統計。E）α-SMA（綠色）免疫熒光圖像顯示成熟毛細血管。F）成熟毛細血管的統計。G）第8周CMAP的代表性結果。H）CMAP定量。I）NF-09（綠色）熒光染色圖像。J）NF-09⁺熒光強度的統計。

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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