再生医学前沿用于心肌修复的可注射水凝

生物材料的应用越来越广泛，例如细胞和分子（细胞因子、生长因子）的输送，组织工程和再生医学的细胞支架。在治疗领域中，许多生物环境（例如细胞生长增殖，炎症和组织修复）都非常复杂，因此现在生物材料不仅需要简单的整合，还需要多方面设计创新，为更广泛的应用以及走向临床，可注射体系正在被广泛研究。

宾夕法尼亚大学JasonA.Burdick课题组通过客体-宿主化学相互作用的微凝胶，开发了粒状可注射水凝胶。相关文章“InjectableGranularHydrogelswithMultifunctionalPropertiesforBiomedicalApplications”刊登在AdvancedMaterials期刊上。

作者制备了共价交联的透明质酸微凝胶微粒，这些微凝胶通过使用环糊精和金刚烷客体-主体颗粒间交联而形成可注射的颗粒水凝胶（图1），可以用作细胞培养平台，伤口愈合辅助剂和药物递送系统。

图1来宾-宿主颗粒水凝胶的制造。b）比例尺从左到右分别为、和10μm。c）比例尺=μm。

作者研究了颗粒状客体-宿主水凝胶的机械性能。设计三组实验进行对照比较，第一组“颗粒水凝胶”，其中包含5％的金刚烷和降冰片烯修饰的透明质酸微凝胶与二硫醇交联剂并与5％环糊精修饰的透明质酸混合；第二组“微凝胶对照组”，其中包含5％的透明质酸微凝胶与二硫醇交联剂并混合具有5％的环糊精修饰的透明质酸混合（即没有金刚烷客体用于颗粒间的交联）；第三组“聚合物对照”，其中包含5％的金刚烷和降冰片烯修饰的透明质酸微凝胶与二硫醇交联剂并与5％透明质酸混合（即没有用于颗粒间交联的环糊精主体）。结果表明，颗粒状水凝胶组保持了三组中最高的力学性能，而微凝胶对照组的力学性能则处于中等水平（图2）。

图2客宿主体颗粒水凝胶的流变特性a）颗粒状水凝胶（红色）的示意图。b）颗粒水凝胶的应变循环实验，其中材料在1％到％应变之间循环。c）通过27G针头将注射器中的粒状水凝胶注射到表面上。

作者研究了微凝胶微粒交联剂的选择对封装药物释放的影响。水凝胶微粒的一个优点是可以包括各种成分的微凝胶（例如，可降解微凝胶颗粒，包封分子微凝胶颗粒），既可以作为单独的制剂，也可以合并为一个可注射的系统。作者将颗粒内共价交联的二硫醇交联剂生成微凝胶称为稳定微凝胶；将通过包含肽裂解的基质金属蛋白酶产生微凝胶称为裂解微凝胶。作者将分别包含RHO标记的右旋糖酐和FITC-BSA的稳定微凝胶微粒和裂解微凝胶微粒分别测定释放曲线，同样的方法测定两组水凝胶微粒混合释放曲线情况（图3）。

图3不同微粒水凝胶的释放情况。比例尺=μm

作者研究可注射水凝胶微粒的可降解灵敏效果。心肌梗塞疾病会造成左心室扩张，心肌壁变薄，并且抗胰蛋白酶的活性升高。可注射水凝胶被广泛用于心肌梗塞疾病的治疗，为心肌细胞提供递送治疗剂（例如药物，细胞）。作者分别将等量稳定和裂解载药微凝胶颗粒注射到健康大鼠和经历心肌梗塞的大鼠的心肌壁中，心肌梗死后蛋白酶活性的升高可明显促进两组颗粒状水凝胶的降解。

图4两组水凝胶微粒在有无心肌梗塞疾病中的表现（比例尺=μm）（p0.05）

心肌梗塞的条件下，一周就观察到了可裂解微凝胶降解而形成的大的空洞，然后随着时间的推移，细胞增多。对于没有心肌梗塞疾病的情况，与具有较高蛋白酶水平的心肌梗塞疾病情况相比，其细胞增殖也随时间增加，但是速度较慢。除了心肌梗塞疾病，对于炎症和癌症等具有蛋白酶活性升高特性的疾病，也可使用该方法进行载药治疗。

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