双交联水凝胶微粒构建多孔颗粒状水凝胶支架用于乳腺组织工程

为解决传统块状水凝胶支架(BHS)孔隙不足导致的细胞浸润与营养交换受限问题，华中科技大学团队创新性地通过微流控技术制备热交联明胶甲基丙烯酰(GelMA)微粒(HMPs)，结合挤出3D打印与紫外光交联构建多孔颗粒状水凝胶支架(GHS)。该支架孔隙率达14-23%，等效孔径80-102 μm，力学性能(9.53±4.65 kPa)接近人体脂肪组织，显著促进人脂肪干细胞(hADSCs)的浸润、增殖与成脂分化，4周体内实验证实支架中央孔隙出现成熟脂肪细胞，为乳房重建提供新型生物材料策略。

　　

乳腺切除术后重建一直是临床难题。传统硅胶假体存在包膜挛缩风险，自体脂肪移植则有吸收率高、供区损伤等局限。虽然组织工程为乳房重建带来新希望，但现有支架面临两大瓶颈：一是传统块状水凝胶(BHS)仅有纳米级孔隙，阻碍细胞迁移和血管化；二是合成高分子材料虽力学性能可调，但生物相容性欠佳。如何构建兼具适宜孔隙结构、仿生力学性能和良好生物活性的支架，成为乳腺组织工程的关键挑战。

华中科技大学的研究团队在《Materials Today Bio》发表创新成果，通过微流控技术制备热交联明胶甲基丙烯酰(GelMA)微粒(HMPs)，结合挤出3D打印与紫外光交联的"双交联"策略，成功构建多孔颗粒状水凝胶支架(GHS)。研究采用微流控装置生成直径200-400 μm的GelMA HMPs，通过真空压实形成具有剪切稀化和自愈合特性的颗粒状水凝胶墨水，优化打印参数(24°C喷嘴温度、8层切片、1.50 mm³/s挤出速度)后，紫外固化获得稳定支架。实验使用人脂肪组织来源的hADSCs进行体外培养，并通过裸鼠皮下植入评估体内再生效果。

3.1. GelMA颗粒状水凝胶的制备与特性
通过同轴针头微流控系统，调节分散相与连续相流速比(6:10至6:60)获得单分散HMPs(PDI<0.1)。流变测试显示7.5% w/v GelMA颗粒水凝胶在200%高应变下仍能恢复90%储能模量(G’)，证实其适合挤出打印。值得注意的是，HMPs在PBS中溶胀后直径增加17.8%，而打印后因脱水收缩11.4%。

3.2. 微粒挤出打印构建支架
采用18G锥形针头打印半球形支架(直径10mm)，紫外交联后能承受夹持和按压。打印字母"WHUH"的整体拾取实验验证了交联稳定性。参数优化表明，24°C时挤出丝长度达最大值，8层切片高度与模型误差最小( p>0.05)。

3.3. 打印支架的特性
支架压缩模量(21.87±1.17 kPa)接近乳腺组织，溶胀后降至9.53±4.65 kPa。激光共聚焦显示400 μm HMPs构建的支架孔隙率达14.14±3.68%，平均孔径8185±7642 μm²，显著优于BHS的纳米孔隙。红色染料渗透实验证实GHS在5分钟内即可完全渗透，而BHS 10分钟仅渗透0.8 mm。

3.4. 体外构建组织工程乳房
hADSCs以10⁷/mL密度接种时，可向下浸润2-3 mm。CCK-8检测显示细胞活性持续提升(第7天达153 A.U.)。成脂诱导后，BODIPY染色显示脂滴面积随诱导周期递增，第3周期后趋于稳定。扫描电镜观察到细胞在孔隙内形成三维网络。

3.5. 体内研究
植入4周后，实验组支架中央孔隙出现大量CD31⁺血管网络和perilipin⁺成熟脂肪细胞，而空白组主要为纤维组织。免疫荧光显示M2型巨噬细胞(CD206⁺)环绕脂肪组织，提示微环境调控作用。

该研究创新性地将微流控技术与3D打印结合，通过"先热交联后光交联"的双重交联策略，解决了传统水凝胶孔隙率与力学性能的矛盾。GHS的毫米级连通孔隙不仅促进hADSCs的立体生长，其9.53 kPa的模量更精准模拟了乳腺组织力学微环境。体内实验证实支架中心区域也能实现脂肪再生，突破了传统支架仅表面再生的局限。这种"自下而上"的微粒组装策略，为复杂器官的血管化构建提供了新思路，尤其对需要个性化塑形的乳房重建具有重要临床意义。未来通过优化灌注接种技术和动态培养体系，有望进一步提升细胞负载效率，加速临床转化进程。