具有高加工性能的三嗪-三酮热固性材料，适用于骨组织工程中的支架应用

《Advanced Healthcare Materials》：Triazine-Trione Thermosets with High Processability for Scaffold Applications in Bone Tissue Engineering

骨组织工程材料T-ene和T-yne的生物相容性、细胞响应及成骨潜力通过体外实验和RNA测序综合评估。结果显示，两种材料与PCL相当，支持骨髓间充质干细胞增殖和分化，但T-ene促进细胞周期活性，T-yne则涉及炎症相关基因调控，提示材料表面化学特性影响细胞转录重编程，但最终成骨功能测试无显著差异。

　　本文探讨了基于三嗪-三酮（TATO）的两种新型热固性材料T-ene和T-yne在骨组织工程中的应用潜力。随着生物材料科学的发展，现有的一些材料仍然存在加工难度大或生物性能不佳的问题，限制了其在实际医疗场景中的应用。为了应对这些挑战，研究者们开发了TATO基的热固性材料，这类材料具有优异的生物相容性和可加工性，为组织工程提供了新的可能性。

在本研究中，重点分析了骨髓间充质干细胞（BMSC）在TATO材料上的初始细胞反应和其成骨潜力。研究通过体外细胞行为实验和绒毛膜绒毛膜（CAM）试验，评估了T-ene和T-yne与PCL（聚己内酯）在生物相容性方面的相似性。结果显示，这些材料能够支持BMSC的生长，并且在生物相容性方面表现良好。然而，RNA测序分析揭示了BMSC在T-ene上与T-yne和PCL之间存在不同的基因调控模式，特别是在细胞分裂过程方面，T-ene表现出更显著的上调趋势。这可能意味着T-ene对细胞增殖具有更强的促进作用，而T-yne则可能更多地影响细胞分化和组织成熟相关的基因表达。

为了进一步验证这些材料的生物性能，研究者们进行了成骨分化实验，包括碱性磷酸酶（ALP）活性检测和茜素红S染色。这些实验结果显示，T-ene和T-yne与PCL在成骨分化方面没有显著差异，说明它们在促进骨形成方面具有相当的能力。尽管在基因表达层面存在差异，但这些差异并未转化为显著的功能性差异，表明TATO材料在骨组织工程中具有良好的应用前景。

在材料的物理特性方面，T-ene和T-yne表现出显著的机械性能差异。T-ene具有较低的弹性模量（20.84 MPa），表现出良好的弹性和可塑性，而T-yne则具有较高的弹性模量（579.0 MPa），显示出更坚硬的结构特性。这种差异可能与两种材料的化学结构有关，T-yne由于其三嗪-三酮结构中包含更多的交联点，因此形成了更紧密的网络结构。这种特性使得T-yne更适合需要高机械强度的应用场景，如骨骼固定装置或牙科修复材料。而T-ene则因其柔软性和可加工性，更适合于需要快速固化和灵活结构设计的场景，如3D生物打印或现场生物制造。

研究还评估了TATO材料的细胞附着和生长情况，通过显微镜观察和DAPI染色，证实了这些材料能够支持BMSC的有效附着和扩展。同时，通过细胞活性检测，发现T-ene和T-yne在细胞活力方面与PCL相当，这表明它们在生物相容性方面具有足够的稳定性。此外，CAM实验进一步验证了这些材料在体内环境中的可接受性，结果显示它们能够被成功植入，并与周围的组织良好整合，没有引起明显的炎症或组织排斥反应。

值得注意的是，TATO材料的制备过程采用了可见光诱导的点击化学反应（如硫醇-烯（TEC）和硫醇-炔（TYC）反应），这使得材料能够在常温或生理温度下快速固化，而无需使用有毒的有机溶剂或高温处理。这种特性在生物制造过程中尤为重要，因为传统材料如PCL需要高温或溶剂来塑形，这不仅增加了操作的复杂性，还可能对细胞活性产生负面影响。相比之下，TATO材料的制备过程更加安全和高效，特别适合在手术现场进行快速制造，从而提高临床应用的可行性。

此外，研究还探讨了TATO材料在成骨相关基因表达上的影响。通过基因表达分析，研究人员发现T-ene和T-yne在成骨标志物表达方面存在一定的差异。例如，T-ene上调了一些与细胞分裂和生长因子信号传导相关的基因，如“细胞周期蛋白C”（ACTC1）、“细胞骨架组织因子”（CNN1）和“弹性蛋白”（ELN），这些基因的表达可能与细胞增殖能力的增强有关。而T-yne则上调了与转化生长因子β2（TGF-β2）和成纤维细胞生长因子1（FGF1）相关的基因，这些生长因子在细胞增殖和迁移中发挥重要作用。同时，T-yne还显示出一些与免疫调节和炎症反应相关的基因表达变化，这可能与其促进细胞免疫反应的能力有关。

研究还指出，TATO材料的基因表达差异可能与其在不同应用场景下的优势有关。例如，T-ene因其快速固化和柔韧性，更适合用于需要快速成型和高生物相容性的临床场景，如外科手术中临时植入物的制备。而T-yne由于其较高的机械强度，更适合用于需要长期支撑的结构，如骨骼修复材料或牙科填充物。这些材料的灵活性和可定制性使其能够适应不同的组织工程需求，同时避免了传统材料在加工过程中对细胞活性的潜在影响。

尽管TATO材料在基因表达和细胞行为方面表现出一定的差异，但它们在成骨功能和生物相容性方面与PCL相当。这一结果表明，TATO材料可以作为PCL的潜在替代品，尤其是在需要避免高温和溶剂处理的场合。同时，研究还指出，TATO材料具有良好的化学稳定性和可扩展性，这使其在未来的生物材料开发中具有重要的应用价值。

在生物制造过程中，TATO材料的可塑性和可加工性是其优势之一。通过盐析法、挤出式3D打印和选择性激光烧结等方法，研究者成功制备了不同结构的多孔支架。这些支架不仅能够支持BMSC的生长，还能提供适合细胞附着和扩散的微环境。此外，TATO材料的低粘度特性使其能够与多种生物活性添加剂（如羟基磷灰石、二氧化硅纳米颗粒或药物负载微球）均匀混合，从而增强其在多种生物医学场景中的适用性。

研究还提到，尽管TATO材料在体外表现出良好的生物相容性，但在实际应用中仍需进一步优化其固化过程和清洗步骤，以确保没有未反应的单体残留。未反应的单体可能对细胞活性产生暂时的负面影响，因此在实际应用中，必须通过精确的固化条件和充分的清洗步骤来避免这种情况。此外，研究还指出，TATO材料在长期体内应用中的安全性、降解性和再生能力仍需通过体内实验进一步验证。

综上所述，TATO基的T-ene和T-yne材料在生物相容性、可加工性和成骨功能方面表现出色，为骨组织工程提供了新的选择。它们的点击化学反应特性使得材料能够在常温下快速固化，从而提高了其在临床和实验室应用中的可行性。然而，为了进一步提升其在骨再生中的性能，研究者建议通过化学修饰和添加剂的引入，增强其成骨引导和诱导能力。此外，未来的研究应关注这些材料在体内环境中的长期表现，以确保其在实际应用中的安全性和有效性。