基于SilMA水凝胶的双层仿生支架通过DLP打印技术实现软骨细胞控释促进骨软骨缺损修复

推荐：针对骨软骨缺损修复难题，研究人员采用数字光处理(DLP)技术构建了基于甲基丙烯酸化丝素蛋白(SilMA)水凝胶的仿生双层支架。该支架上层通过聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)增强力学性能并负载软骨细胞微球，下层掺入羟基磷灰石(HAp)促进骨再生。体外体内实验证实该支架具有良好的生物相容性，能有效促进软骨和骨的同步修复。

　　

随着人口老龄化和运动损伤增加，骨软骨缺损已成为全球性健康难题。由于软骨组织缺乏血管和神经，且软骨细胞增殖能力有限，其自我修复能力极差。临床常用的清创术和微骨折技术只能生成力学性能较差的纤维软骨。更棘手的是，软骨损伤还会通过机械负荷传递和炎症反应影响下方的软骨下骨，使得骨软骨一体化修复成为重大挑战。

针对这一难题，国内研究人员创新性地采用数字光处理(DLP)3D打印技术，构建了一种仿生双层支架。该研究以甲基丙烯酸化丝素蛋白(SilMA)水凝胶为基础材料，上层通过添加聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)增强力学性能，并负载软骨细胞微球作为种子细胞；下层掺入羟基磷灰石(HAp)促进骨组织再生。通过正交实验系统研究了PEGDA和HAp对SilMA生物墨水可打印性和理化性质的影响。体外和体内实验证实，该仿生双层支架具有良好的生物相容性，能有效促进细胞粘附和增殖，实现软骨和骨的同步修复。相关成果发表在《Biomaterials Advances》上。

研究人员主要采用了三项关键技术：一是通过甲基丙烯酸化改性制备SilMA水凝胶；二是结合乳化技术和DLP打印技术构建微纳多级结构；三是通过正交实验优化PEGDA和HAp的配比。实验使用的蚕茧原料来自国内供应商。

在"Preparation and characterization of SilMA composite hydrogel"部分，研究证实甲基丙烯酸化成功引入了活性基团，随着反应程度增加，甲基质子信号逐渐增强。傅里叶变换红外光谱(FTIR)显示SilMA在1530 cm^-1和1650 cm^-1处出现特征峰，证实了分子结构变化。流变测试表明添加PEGDA后储能模量(G')显著提高，而HAp的加入使复合水凝胶具有更好的骨诱导性。

"Conclusion"部分指出，该研究成功构建了模拟骨软骨分层结构的仿生微孔支架。光交联复合水凝胶SilMA/PEGDA/HAp构成了微米级结构，水乳化法制备的细胞负载微球形成了纳米级结构。这种多尺度结构设计既模拟了天然组织的宏观形貌，又提供了适合细胞生长的微环境。

该研究的创新性主要体现在三个方面：一是通过DLP打印实现了高精度的分层仿生结构；二是采用微球控释技术实现了软骨细胞的时空有序释放；三是通过材料组合优化实现了软骨层和骨层的协同修复。这种仿生双层支架为骨软骨缺损的一体化修复提供了新思路，在组织工程领域具有重要的临床应用前景。作者Lei Zhan等在文末特别致谢了国家重点研发计划、国家自然科学基金和四川省科技计划等项目的资助支持。