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華諾生物自愈合醫(yī)用凝膠作為血管內(nèi)皮細(xì)胞載體解決組織修復(fù)血管化難題

發(fā)布時間：

2021-09-28 11:25

來源：

       華諾生物研發(fā)的自愈合醫(yī)用凝膠新材料在創(chuàng)傷修復(fù)、組織工程、3D生物打印等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用價值。近期，華諾生物納米明膠自愈合凝膠醫(yī)用材料被大連理工大學(xué)和大連市中山醫(yī)院骨科團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用于血管內(nèi)皮細(xì)胞移植和骨再生血管化應(yīng)用方面，并取得階段性成果。團(tuán)隊(duì)成功的將載誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞凝膠復(fù)合多孔金屬支架，有望解決骨修復(fù)的血管化難題。研究團(tuán)隊(duì)自修復(fù)納米明膠水凝膠與力學(xué)支撐的多孔金屬支架復(fù)合，利用納米凝膠可作為活細(xì)胞優(yōu)良載體的效應(yīng)，成功在多孔支架中構(gòu)建出早期毛細(xì)血管，為生物活性骨修復(fù)材料技術(shù)和干細(xì)胞治療技術(shù)的聯(lián)合使用和進(jìn)一步臨床應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為因衰老而造成的骨質(zhì)疏松和骨缺血治療提供了全新解決方案。

 

 

       骨創(chuàng)傷愈合和骨質(zhì)疏松等臨床疾病中，如何實(shí)現(xiàn)血管重建是治療骨再生的關(guān)鍵難點(diǎn)。尤其如股骨頭壞死等臨床骨科疾病，骨組織缺血、血管退化是重要臨床表現(xiàn)，且生理過程一旦發(fā)生難以逆轉(zhuǎn)。因此，實(shí)現(xiàn)骨組織內(nèi)的血管重建在退行性骨科病變和骨組織修復(fù)再生領(lǐng)域都有著重要的臨床意義，但也是臨床醫(yī)學(xué)現(xiàn)階段的關(guān)鍵難題。組織工程技術(shù)的應(yīng)用，有望借助生物材料支架結(jié)合活性因子或功能細(xì)胞，誘導(dǎo)再生血管和骨組織。理想的血管生成支架材料應(yīng)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度并提供適當(dāng)?shù)纳砦⒖捉Y(jié)構(gòu)來仿生細(xì)胞外基質(zhì)微環(huán)境。金屬鉭（Ta）因具有良好的生物相容性和化學(xué)穩(wěn)定性,優(yōu)越的延展性、韌性而被廣泛用于臨床診斷和植入。臨床研究表明，多孔鉭（pTa）植入材料具有良好的生物相容性與骨組織結(jié)合，此外還具有良好機(jī)械支撐性以及超強(qiáng)的長期穩(wěn)定性，不易松動。然而，pTa 沒有合適的結(jié)構(gòu)來模擬ECM微觀結(jié)構(gòu)。因此，pTa缺乏促進(jìn)血管生成的特性，限制了其在骨再生中的應(yīng)用。針對這種狀況，大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院骨科專家與大連理工大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)合作提出以自愈合納米明膠顆粒水凝膠和多孔鉭復(fù)合支架作為干細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞載體，實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞的體內(nèi)遞送，為干細(xì)胞衍生內(nèi)皮細(xì)胞提供生理相關(guān)的微環(huán)境，最終實(shí)現(xiàn)血管化組織構(gòu)建。

 

       在這項(xiàng)研究中，我們使用多孔鉭 (pTa)和納米自修復(fù) 水凝膠構(gòu)建了一種集成的三維支架，并接種了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (BMSCs) 衍生的內(nèi)皮細(xì)胞 (ECs)，用于血管組織工程。結(jié)果顯示納米明膠顆粒特殊的結(jié)構(gòu)和組成使膠體凝膠具有剪切變稀和自修復(fù)行為，能滿足注射和塑型的要求。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該納米明膠顆粒水凝膠具有很好的生物相容性。更重要的是負(fù)載BMSCs 衍生的 ECs 的 pTa-GNPs 水凝膠支架上植入裸鼠皮下4 周后，通過組織形態(tài)學(xué)評估支架材料。觀察到 pTa-納米自修復(fù)水凝膠復(fù)合支架優(yōu)越的生物相容性。植入28天后，新生血管的研究表明在體內(nèi)血管化過程中，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來源的內(nèi)皮細(xì)胞在血管形成過程中起協(xié)同作用而非決定性作用。BMSCs 來源的 ECs 和 BMSCs 之間的相互作用可以在復(fù)合支架材料中形成血管，并促進(jìn)血管網(wǎng)絡(luò)的成熟和穩(wěn)定性。此外，此外結(jié)果表明 pTa-納米自修復(fù)水凝膠支架在體內(nèi)具有生物活性并促進(jìn)支架材料中穩(wěn)定的毛細(xì)血管樣網(wǎng)絡(luò)的形成。

 

       研發(fā)團(tuán)隊(duì)新穎的集成3D支架材料具有生物相容性、生物力學(xué)和血管生成特性，以及組織工程構(gòu)建血管工程組織的方法。該研究可能為 pTa 在骨再生中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)；這項(xiàng)工作證明了在進(jìn)一步研究中實(shí)現(xiàn)組織工程骨血管化的潛力。同時也證明了自愈合水凝膠可為干細(xì)胞治療提供更加安全、有效、以及仿生微環(huán)境，有望為組織工程技術(shù)的進(jìn)一步臨床應(yīng)用提供材料和產(chǎn)品支持。相關(guān)成果以“Porous tantalum composited gelatin nanoparticles hydrogel integrated with mesenchymal stem cell-derived endothelial cells to construct vascularized tissue in vivo”為題發(fā)表于中國生物材料學(xué)會和牛津大學(xué)出版社合作出版的國際英文學(xué)術(shù)期刊Regenerative Biomaterials。（文章鏈接https://doi.org/10.1093/rb/rbab051)。

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