离子介导渐进性硬化水凝胶促进血管化骨再生的研究

《Acta Biomaterialia》：Ion-Mediated Progressively Stiffening Hydrogels for Vascularized Bone Regeneration

本文报道了一种基于透明质酸酪胺（HAT）和锂皂石（Lap）共组装的水凝胶平台，该材料能通过阳离子扩散介导的二次交联实现48小时内模量从0.8 kPa到7.4 kPa的渐进性硬化。体外实验表明该动态基质可增强人骨髓基质细胞（HBMSCs）与人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的相互作用，体内颅骨缺损模型证实其能促进血管化骨再生，为模拟细胞外基质（ECM）力学动态变化提供了新策略。

　　

^高亮亮点

^{水凝胶制备}

HAT（1.5 MDa）粉末分散于去离子水中配置成0.5 wt%和1 wt%溶液，锂皂石（Lap）粉末溶于去离子水剧烈搅拌10分钟获得稳定溶液（2.5 wt%和5 wt%）。将HAT溶液与Lap溶液按1:1体积比混合，静置过夜完成凝胶化，获得HXLY水凝胶（H代表HAT，L代表Lap，X表示HAT初始重量百分比浓度，Y表示Lap初始重量百分比浓度）。分子量900 kDa的透明质酸（HA）用作对照材料。

^设计原理

大多数组织的天然细胞外基质（ECM）在体内会发生动态重塑，导致微环境力学性能的渐进式改变。我们推测这种硬度的渐进变化可能影响体内细胞响应，并可被整合到生物材料平台中以研究或促进组织再生。因此，我们开发了共组装水凝胶系统，用于研究细胞培养早期阶段（约48小时）渐进性硬化的影响。

^结论

能够重现细胞微环境渐进性硬化的生物材料仍相对未被充分探索。我们开发了一种简单的一步法来制备可在2天时间内逐渐硬化的水凝胶，并在体外和体内检验了其效果。这种创新性水凝胶系统利用培养基或组织间液中的阳离子扩散作为分子间桥梁，实现逐渐增加的交联密度，从而模拟天然ECM的力学动态特性。该平台为研究机械生物学在发育和疾病过程中的作用提供了新工具，同时在骨组织工程等领域展现出应用潜力。