含硫酸化海藻酸盐水凝胶的微纤维/水凝胶生物复合支架加速软骨分化的研究

为解决软骨损伤修复难题，研究人员开发了一种基于硫酸化海藻酸盐修饰的聚己内酯（PCL）微纤维与硫酸化海藻酸盐/明胶（AS/GL）水凝胶的复合支架。该支架孔隙率>90%，湿态压缩模量达8.54 kPa，显著促进间充质干细胞的SOX9、COLL II和AGG基因表达（较AS组提升1.4-4.6倍），为软骨再生提供了兼具力学性能与生物活性的新型材料。

　　

软骨损伤修复是临床面临的重大挑战，由于软骨无血管的特性，其自我修复能力极其有限。传统重建手术无法实现真正再生，而自体软骨细胞移植（ACI）又面临供体不足等问题。组织工程为解决这一难题提供了新思路，但现有支架材料常面临力学性能不足、细胞亲和性差等瓶颈。如何模拟天然软骨细胞外基质（ECM）中纤维增强水凝胶的结构，同时促进软骨特异性分化，成为研究焦点。

针对这一需求，伊朗研究人员开发了一种创新性的微纤维/水凝胶复合支架。该研究通过离心纺丝制备聚己内酯（PCL）微纤维，经氨基化修饰后接枝硫酸化海藻酸盐（AS）以改善疏水性，再与AS/明胶（GL）水凝胶复合构建三维结构。研究发表在《Materials》期刊，证实该支架不仅具备优异的力学性能和90%以上的高孔隙率，更能将软骨相关基因表达提升至AS单组的4.6倍，实现了材料力学与生物活性的协同优化。

研究采用三项关键技术：离心纺丝制备PCL微纤维（直径6.4 μm）、EDC/NHS介导的AS共价接枝修饰、以及钙离子/EDC双重交联构建AS/GL水凝胶网络。实验使用Wharton胶来源的间充质干细胞评估生物性能。

研究结果

1. 材料表征
通过EDX检测到1.90 wt%的硫元素证实AS成功接枝，ATR-FTIR显示1645 cm^-1
处酰胺I带特征峰。SEM显示AS/GL组水凝胶在纤维表面分布最均匀，而AS组出现团聚现象。

2. 物理性能
AS/GL支架湿态压缩模量（8.54 kPa）比AS组高133%，能量耗散率（30%）接近天然软骨（10-30%）。24小时溶胀率达836%，21天降解率仅3%，满足软骨修复的长期力学需求。

3. 细胞响应
MTT显示14天细胞活性>80%，SEM观察到GL组细胞伸展更充分。DAPI染色证实离心纺丝纤维的疏松结构使细胞穿透深度达全层，AS/GL组的细胞浸润数量显著高于AS组。

4. 分化诱导
RT-PCR显示AS/GL组的AGG表达达AS组的4.6倍，COLL II表达提升3.3倍。免疫组化显示GL组胶原II沉积面积（8.33%）最高，但AS/GL组的基因上调效应更显著，表明AS与GL存在协同作用。

结论与意义
该研究首次将AS同时作为纤维修饰剂和水凝胶组分，与GL构建双重网络支架。其创新性体现在：力学上通过化学交联（EDC）与离子交联（Ca²⁺
）协同提升湿态稳定性；生物学上AS模拟糖胺聚糖（GAGs）而GL提供细胞粘附位点，共同激活SOX9通路。相比既往研究，该支架将压缩模量与软骨分化效率同步优化，为开发"力学-生物"双功能软骨替代材料提供了新思路。作者建议未来结合4D打印技术，进一步实现支架的个性化定制和动态响应特性。