供稿人：彭思琦、孙畅宁 供稿单位：西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室 发布日期：2024-09-16
软水凝胶是一种良好的软组织修复材料，已被用于促进干细胞分化为靶细胞并促进软组织形成，虽然这些水凝胶具有较低的硬度和合适的强度，但其生物降解性差、膨胀过大、潜在的毒性极大地限制了其临床应用。可注射水凝胶比预成型水凝胶更有优势，因为它们可以更好地填充缺陷，减少患者不适，并降低感染风险。南方科技大学的李珊珊及其团队通过甲基丙烯酰羟甲基(HM)与LAP的相互作用形成自组装纳米颗粒，然后通过光交联将它们结合在一起形成胶原纤维状纳米水凝胶，为开发用于伤口敷料等长期生物医学应用的仿生纳米纤维水凝胶和软水凝胶提供了一种有前途的策略。
图 1 组织工程中类胶原纤维HML纳米复合水凝胶的制备和性能示意图
为了制备这种新型水凝胶，HM和LAP首先通过静电和氢键作用自组装成纳米颗粒，再通过光交联相互结合形成胶原原纤维状网络。这种网络由高度缠绕的HM分子链、可逆的聚合物-粘土物理交联物和坚固的化学交联物组成，从而允许在柔软而灵活的水凝胶中通过网络有效地消除应力。由于自组装导致的分子链运动受限和HM的两亲性的协同作用，纳米复合水凝胶在不同的溶剂中表现出显著的防胀性能。此外，纳米复合水凝胶可以加工成形状保真度高的3D可打印微凝胶，使其成为适用于大尺寸和复杂结构的生物墨水。
图 2 a)皮下植入水凝胶0d、7d、14d的典型图像(n=3)。b)使用不同水凝胶的愈合伤口从第0天到第11天的时间发展的代表性图像。c)量化不同愈合时间的创面愈合率。d)用HE染色和Masson染色对各组大鼠第11天的创面进行组织学评价。e)各组大鼠第11天创面代表性免疫荧光染色图像。f)使用和不使用水凝胶治疗的伤口愈合过程示意图
作者团队通过体内和体外实验均证实了水凝胶的关键功能即降解性能，所有水凝胶在皮下植入后7天内完全降解（图2a），并表明在组织愈合过程中的生物降解性和炎症反应方面有良好的结果。与现有的商业伤口敷料相比，HM2L5水凝胶和微凝胶可以填充到不规则形状的伤口中，和/或使用不同形状、毛孔结构的个性化伤口敷料，甚至可以使用促进愈合的试剂。
通过交联自组装的HML纳米粒子，作者团队开发了一种具有低硬度、高压缩强度、抗肿胀性能、缓释药物能力和生物降解性的胶原原纤维状可注射水凝胶。此外，HM2L5水凝胶和微凝胶在体外具有良好的生物相容性，在体内具有良好的伤口愈合能力和生物降解性。这些结果共同展示了这些新型仿生水凝胶在各种组织工程应用中的前景。