自组装多孔微凝胶支架：分层药物释放实现骨软骨微结构高效修复

本研究针对骨软骨缺陷修复中软骨细胞表型维持困难、分层微结构重建不足的难题，开发了一种自组装三层多孔微凝胶支架（S@K/P-M@K-O@B），实现时空控制的药物释放（KGN、PTHrP、BMP2）。体外实验表明其可诱导大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)定向分化并维持不同成熟阶段软骨细胞表型；动物模型证实支架促进关节软骨分层微结构修复，为骨软骨再生提供精准仿生策略，发表于《Biomaterials Advances》。

　　

论文解读文章

骨软骨缺陷是全球最常见的致残性运动损伤之一，影响着超过3.03亿人的运动功能。这类缺陷修复的难点在于软骨细胞（chondrocytes）易过早肥大化，导致增殖能力下降，同时自然骨软骨组织的分层微结构（包括浅表层、中间层和骨层）难以重建。传统治疗方法如微骨折或自体软骨移植，往往只能提供一次性细胞补给，无法维持软骨细胞在不同成熟阶段（如未成熟和成熟）的表型，长期修复效果有限。更棘手的是，关节腔空间狭窄，现有支架常因低孔隙率阻碍细胞迁移和营养交换，或药物释放失控引发副作用（如滑膜增生）。因此，开发一种能模拟自然分层结构、实现时空精准药物控释的支架，成为骨软骨再生领域的关键挑战。

为了解决这些问题，吉林大学的研究人员设计了一种创新的自组装三层多孔微凝胶支架，并在《Biomaterials Advances》发表了研究成果。他们通过构建一种时空控释药物的微凝胶系统，成功诱导干细胞定向分化，修复了骨软骨的分层微结构。研究显示，该支架不仅能维持软骨细胞表型，还显著提升了修复效率。论文的核心结论在于，这种仿生支架通过精确调控微环境，为骨软骨缺陷提供了高效、安全的再生方案，突破现有临床治疗的局限。

研究采用的关键技术方法包括：微流体技术制备微凝胶（利用Y型微流体装置实现微滴均匀成形）、三层支架自组装（基于硫醇-迈克尔加成反应构建多孔结构）、体外细胞实验（使用大鼠骨髓间充质干细胞rBMSCs作为模型，评估分化和表型维持）、以及动物模型验证（采用大鼠骨软骨缺陷模型，样本来源为实验动物，经吉林大学第一医院伦理委员会批准）。这些方法确保了支架的可控性和生物相容性。

Fabrication and characterization of hydrogels
研究人员合成了降冰片烯修饰的透明质酸（HANB）、丙烯酸酯β-环糊精（CDMA）和巯基化明胶（GelSH）作为前体，并通过¹H NMR（核磁共振氢谱）验证改性成功。采用Y型微流体装置制备微凝胶，结果显示微凝胶形态均匀（光学和扫描电镜SEM表征），力学性能可调（压缩模量测试），并实现药物（PTHrP、KGN、BMP₂）的控释（体外释放实验证实缓释效果）。

Cytocompatibility and migration-promoting properties of hydrogels
微凝胶表现出优异的生物相容性（活/死细胞染色显示高细胞存活率），并能促进rBMSCs迁移（Transwell实验证明药物释放增强细胞趋化）。这表明支架可为细胞提供适宜的微环境。

Engineering principles for porous microgel scaffolds
基于硫醇-迈克尔加成反应的自组装机制，确保微凝胶形成多孔支架。HANB合成中EDC（碳二亚胺盐酸盐）辅助活化，形