基于泊洛沙姆水凝胶在生物医学应用中的概念化及初步表征研究

【字体: 时间:2025年05月27日 来源:Bioconjugate Chemistry 4

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  为探究泊洛沙姆水凝胶在半月板撕裂治疗中的潜力,研究人员评估了三种混合物的凝胶形成、可注射性及细胞相容性。发现 Synperonic F108/P188 组合细胞存活率高,Kolliphor 407/P188 组合在生理温度下维持凝胶状态,为骨关节炎再生提供了新方向。

  
在骨科领域,半月板损伤修复一直是难题。传统疗法如缝合或部分切除,难以实现受损组织的完全再生,且存在创伤大、恢复周期长等问题。现有的生物材料如透明质酸凝胶虽能缓解症状,但仅具润滑作用,无法有效促进组织修复;胶原蛋白支架虽可提供结构支持,却需手术植入,增加了感染风险。因此,开发一种可注射、生物相容性好且能促进细胞迁移和组织再生的新型材料,成为亟待解决的临床需求。

为攻克这一难题,研究人员开展了泊洛沙姆(Poloxamer)基水凝胶用于半月板撕裂修复的研究。泊洛沙姆是一种三嵌段共聚物,由中间的疏水聚氧丙烯(PPO)段和两侧的亲水聚氧乙烯(PEO)段组成,其独特的热响应特性使其在体温附近发生可逆的溶胶 - 凝胶转变,这一特性使其在可注射药物递送系统中具有广阔应用前景。然而,其在半月板组织工程中的应用尚未充分探索。

研究人员通过流变学分析、细胞毒性评估及细胞迁移实验,系统研究了三种泊洛沙姆混合物(Kolliphor 407/Poloxamer 188、Synperonic F108/Kolliphor 407、Synperonic F108/Poloxamer 188)在不同浓度(10%-30% w/w)下的性能。以 NIH/3T3 成纤维细胞为模型,结合 MTT 法、划痕实验及实时细胞分析(RTCA)等技术,筛选出具有理想溶胶 - 凝胶转变温度、高生物相容性及促进细胞活性的配方。

主要技术方法


研究采用流变仪测定储存模量(G′)和损耗模量(G″),确定凝胶化温度;通过试管倒置法验证溶胶 - 凝胶转变;利用 MTT 法评估细胞代谢活性;划痕实验观察细胞迁移能力;RTCA 系统实时监测细胞生长动力学。所有实验均设置多组浓度梯度,并进行统计学分析(双向 ANOVA 及 Tukey 多重比较检验)。

研究结果


3.1 初步研究


通过冷法制备水凝胶,发现 4℃混合过夜是形成凝胶的关键。Synperonic F108/Kolliphor 407 组合在 40℃以上仍未凝胶化,而 Kolliphor 407/Poloxamer 188 组合在 20℃以上凝胶化,其凝胶化行为与 PPO/PEO 比例及浓度密切相关。细胞毒性测试表明,Synperonic F108/Poloxamer 188 组合细胞存活率更高,且 pH 调整后毒性显著降低。

3.2 流变学分析


筛选出的六种材料凝胶化温度为 16-28℃,其中 Kolliphor 407 浓度≥20% 时,凝胶化温度接近体温。Poloxamer 188 的加入可调节凝胶化温度,验证了其作为共聚物的协同作用。

3.3 细胞毒性与生长动力学


FP1515、FP1020、KP1515 三组配方在 72 小时及 7 天的 MTT 检测中显示细胞存活率超 90%,但 RTCA 数据表明所有配方的细胞增殖均低于对照组,其中 KP1515 抑制作用最弱。这提示水凝胶虽支持细胞存活,但促增殖能力有限,可能与培养基中提取物的长期作用有关。

3.4 细胞迁移实验


划痕实验显示,对照组伤口在 5 天内闭合,KP 组略慢,而 FP 组需 7-8 天。FP 组细胞呈均匀聚集,KP 组细胞黏附性更强,表明不同配方对细胞行为的调控差异与成分亲疏水性相关。

结论与意义


研究成功开发了四种具有理想体温凝胶化特性的泊洛沙姆水凝胶(KP 1020、KP 1515、FP 1020、FP 1515)。其中,Synperonic F108/Poloxamer 188 组合因低黏附性、高细胞存活率,适用于涂层或基础基质;Kolliphor 407/Poloxamer 188 组合因高黏度及生理温度凝胶稳定性,有望用于肌肉骨骼损伤的可控释放系统。

与现有商业产品相比,该水凝胶具有可注射、微创、生物相容性好及可负载生物活性因子等优势,克服了传统材料在组织再生中的局限性。尽管存在未进行体内实验及机械性能测试等不足,但其在骨关节炎再生医学中的应用潜力显著,为半月板修复提供了新的材料策略,有望推动可注射生物材料在软骨修复领域的临床转化。

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