仿生可缝合电纺支架在泌尿系统重建中的应用：弹性蛋白样肽-明胶甲基丙烯酰胺复合材料的开发与评价

这篇研究开发了一种由弹性蛋白样肽(ELP)和明胶甲基丙烯酰胺(GelMA)组成的电纺支架(5E5G)，通过光交联技术实现了与下尿路(LUT)组织相匹配的机械性能（拉伸模量25.6±4.77 kPa，极限拉伸强度41±6.68 kPa，伸长率167.4%±5.41%）。体外实验显示其支持平滑肌细胞(SMC)和成纤维细胞(Fib)增殖，体内植入大鼠模型证实其生物相容性优于商业脱细胞基质(SIS)，为复杂膀胱和尿道修复提供了新型仿生材料。

　　

引言

下尿路(LUT)重建手术面临自体移植物来源有限、机械性能不匹配等挑战。传统材料如小肠粘膜下层(SIS)的拉伸模量(16041.64±1890.92 kPa)远超天然LUT组织（尿道58.89±16.54 kPa，膀胱153.6±46.87 kPa）。研究通过电纺技术开发弹性蛋白样肽(ELP)-明胶甲基丙烯酰胺(GelMA)复合支架，旨在模拟LUT组织的力学特性和生物活性。

材料开发与表征

采用含硫醇基团的ELP序列(([VPGVG]₄[IPGVG])₁₄)与GelMA共混，经1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇(HFIP)溶解后电纺成纤维膜。5:5% (w/v)的ELP-GelMA(5E5G)支架纤维直径(0.79±0.04 μm)显著小于纯GelMA支架(1.26±0.05 μm)，孔隙率保持18.91%±1.35%。¹H NMR证实光交联后甲基丙烯酸酯峰强度降低，形成通过迈克尔加成和双硫键的交联网络。

力学性能优化

5E5G支架的循环拉伸测试显示能量损耗(44.86%±15.63%)与天然尿道组织(29.09%±6.95%)无显著差异。缝合保留强度达13.29±0.75 kPa，显著优于纯GelMA支架(7.41±0.97 kPa)。酶降解实验表明，在37°C的DPBS中21天降解超50%，而弹性酶与胶原酶联用可使所有配方3天内降解过半。

细胞相容性评估

人膀胱平滑肌细胞(SMC)在5E5G支架上7天增殖50倍，新生儿包皮成纤维细胞(Fib)增殖12倍，但尿路上皮细胞(UC)呈现迁移至培养皿底部的倾向。活死染色显示所有细胞系存活率>98%，PrestoBlue检测证实代谢活性持续提升。

体内生物相容性

大鼠皮下植入显示5E5G支架2个月完全降解，无纤维化包裹。免疫组化显示CD68⁺巨噬细胞、MPO⁺中性粒细胞和CD3⁺T细胞浸润水平始终低于商业SIS材料，其中5E5G组在第1天即显著降低炎症指标(p<0.05)。

讨论与展望

该研究首次实现通过ELP与GelMA的协同作用精确匹配LUT组织的力学-生物学微环境。未来需优化UC层微拓扑结构，并探索在兔尿道缺损模型中的功能重建效果。多层级电纺设计有望为不同细胞类型定制差异化生长微环境，推动个体化LUT修复方案的临床转化。