结构和力学仿生的三因子时空可控递送抗菌水凝胶体系用于骨缺损修复

作     者：汤臻 郭征 

作者机构：空军军医大学第二附属医院 

出 版 物：《医用生物力学》 (Journal of Medical Biomechanics)

年 卷 期：2024年第S1期

页      面：536-536页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家重点研发计划项目,2023YFC2412600 国家自然科学基金项目,51871239 

摘      要：目的 创伤、肿瘤和其他疾病导致的骨缺损仍然是骨科面临的巨大挑战。过去,研究者过多地关注骨缺损本身,而忽略了骨膜在骨缺损治疗中发挥的决定性作用。基于骨膜的结构和功能,本研究构建一种结构和力学性能仿生的自愈合水凝胶,精确控制和顺序递送VEGF、PDGF-BB和BMP-2,并证明其对大鼠颅骨愈合的协同促进作用。方法 通过在壳聚糖微球(CM)中适当封装BMP-2和PDGF-BB,可以有效地实现这两种生长因子的持续递送。采用季铵盐壳聚糖(QCS)的氨基与Pluronic?F127 (PF127-CHO)聚合物醛基之间的动态席夫碱键合合成了水凝胶。通过控制PF127-CHO的浓度,制备出具有不同交联度的水凝胶,其力学性能可调。水凝胶具有良好的注射性和黏附强度,以及快速的自愈能力。将不同交联程度的水凝胶通过希夫碱动态自愈合组装成“三明治结构的水凝胶支架,实现促血管和成骨生长因子在时空上的连续递送。结果 快速释放VEGF和持续释放PDGF-BB的低交联外层促进血管化,高交联内层提供了结构支持,且其中壳聚糖微球包裹持续释放的BMP-2促进了成骨分化。水凝胶的抗菌作用可以有效避免手术植入革兰氏阳性金黄色葡萄球菌引起的感染风险。结论 本研究构建了具有“三明治结构,3种生长因子的时空可控递送QCS/PF水凝胶体系,实现了VEGF、PDGF-BB和BMP-2的可控顺序释放,以促进骨缺损修复。