光热交联 GelMA / 壳聚糖水凝胶：提升机械与生物学性能的创新之举

组织工程中基于多糖的材料常缺乏机械强度和稳定性。研究人员开展光交联明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）和壳聚糖（CS）水凝胶的研究，发现该水凝胶机械性能显著提升，细胞相容性良好。这为生物医学应用提供了新选择。

　　在医学领域，人体组织受损后的修复一直是个难题。就像建筑物的某个部分损坏了，需要精准修复才能恢复其功能一样，受损的人体组织也渴望得到完美修复。组织工程这一前沿领域便致力于此，它试图通过构建类似细胞外基质（ECM）的支架，为细胞生长提供适宜环境，从而实现受损组织的再生。

天然聚合物制成的支架在组织工程中发挥着重要作用。其中，明胶和壳聚糖因其与 ECM 结构相似备受关注。明胶源自胶原蛋白，具有良好的生物降解性、生物相容性和无毒性；壳聚糖是一种阳离子氨基多糖，能促进细胞增殖。然而，它们并非完美无缺。基于明胶和壳聚糖的水凝胶机械性能较差，这使得它们在作为支架，尤其是用于承受负载的组织工程时，显得力不从心。例如，在一些需要支撑重量的组织修复中，这些水凝胶可能无法提供足够的强度。而且，传统的物理交联方式虽然无需使用交联剂，但无法精确调控凝胶的相关性能，导致其在体内表现不稳定；化学交联虽能增强机械强度，但一些交联剂的毒性又限制了其在组织工程中的应用。

为了解决这些问题，研究人员开展了一项关于光热交联 GelMA / 壳聚糖水凝胶的研究。他们旨在制备一种具有优异机械性能和生物相容性的水凝胶，以满足生物医学应用的需求。该研究成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》上。

研究人员运用了多种关键技术方法。首先通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和质子核磁共振（¹H-NMR）对合成的 GelMA 进行表征，确定其结构和取代度。利用扫描电子显微镜（SEM）观察水凝胶的微观形态，评估孔隙结构。通过振荡流变仪测试水凝胶的机械性能，同时研究其在酶作用下的降解特性以及在不同时间的溶胀性能。此外，使用嗅外间充质干细胞（OE-MSCs）进行体外细胞培养实验，评估水凝胶的细胞相容性。

在研究结果部分：

• GelMA 的表征：FTIR 和¹H-NMR 分析表明成功合成了 GelMA，且其取代度高达 80%。
• 水凝胶的制备与形成机制：研究发现 β- 甘油磷酸（β-GP）能使 GelMA 和壳聚糖在中性 pH 下混合形成均匀溶液。通过光交联和热交联，成功制备了具有互穿网络（IPN）结构的水凝胶。
• 水凝胶的性能：SEM 观察显示，与纯 GelMA 水凝胶相比，GelMA / 壳聚糖水凝胶的孔隙更小、结构更致密，且壳聚糖浓度的增加会影响孔隙大小和孔壁厚度。溶胀性能研究表明，含壳聚糖的水凝胶在第一小时的吸水率低于纯 GelMA 水凝胶，这可能与交联密度增加和壳聚糖链的性质变化有关。流变学测试发现，双交联（光交联和热交联）使水凝胶的机械性能显著提升，其中 GM80C20 样本表现最佳。酶促降解实验表明，GM80C20 样本的降解速度比 GelMA 水凝胶慢，具有更好的尺寸稳定性。
• 细胞相容性：通过 Resazurin 检测和死活染色实验发现，OE-MSCs 在 GM80C20 水凝胶上的附着和增殖能力优于纯 GelMA 水凝胶，表明该水凝胶具有良好的细胞相容性。

研究结论表明，光热交联制备的半 IPN GelMA-CS 水凝胶具有良好的理化和生物学性能，模拟了天然 ECM，增强了机械稳定性。GM80C20 样本的孔隙率可达 56.3±0.4%，在 0.01Hz 下化学和物理交联后的弹性模量提高了 12.7 倍。该水凝胶继承了纯 GelMA 良好的细胞增殖能力，为生物医学应用提供了一种有前景的材料。这项研究为组织工程和生物医学领域带来了新的希望，有望推动相关疾病治疗和组织修复技术的发展。