基于非混相相分离技术的明胶甲基丙烯酰基（GelMA）微支架制备及其在BMP-2递送与骨再生增强中的应用研究

这篇研究通过微流控停流光刻（SFL）技术，创新性地利用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）与明胶甲基丙烯酰基（GelMA）的非混相特性，构建了具有可控孔隙率和降解性能的微支架（mS-GelMA）。该支架显著提升了骨形态发生蛋白-2（BMP-2）的递送效率，并促进人间充质干细胞（hMSCs）的迁移、存活及成骨分化，为微创组织工程提供了兼具结构精度与生物功能性的新型平台。

　　

1 引言

合成水凝胶因其可模拟天然细胞外基质（ECM）的特性，成为组织再生领域的重要材料。其中，明胶甲基丙烯酰基（GelMA）凭借生物相容性、可调力学性能和生物活性备受关注。然而，传统GelMA支架在微结构均一性和注射性上存在局限。本研究提出通过微流控停流光刻（SFL）技术结合疏水性单体三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA），构建具有精确孔隙控制的微支架（mS-GelMA），以解决上述问题。

2 材料与方法

2.1 GelMA合成与修饰

采用改良的甲基丙烯酸酐（MA）修饰法，将牛皮肤明胶（225 bloom）与MA反应，经透析纯化后获得70%丙烯酰化度的GelMA。

2.2 微支架制备

通过SFL技术，将含不同TMPTA体积比（0-100 μL/mL）的GelMA预聚液注入微流道，利用紫外光（365 nm）通过光掩模图案化聚合。TMPTA与GelMA的相分离形成内部微孔，洗涤后获得多孔mS-GelMA支架。

2.3 表征与生物学评价

扫描电镜（SEM）显示，TMPTA浓度升高使孔隙从4 μm（0 μL）增至15 μm（100 μL），孔隙率从15%提升至95%。降解实验表明，100 μL TMPTA组在胶原酶II作用下的降解时间从65分钟（对照组）缩短至15分钟。

3 结果与讨论

3.1 微结构与性能

SEM和ImageJ分析证实，TMPTA浓度与孔隙大小、连通性呈正相关。高孔隙率（95%）支架的流体渗透速率较传统3D打印GelMA提升3倍，支持快速溶胀（12秒内完成）。

3.2 骨再生效能

BMP-2负载的mS-GelMA显著增强hMSCs的成骨分化：

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  碱性磷酸酶（ALP）活性较对照组提高4倍

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  茜素红（ARS）染色显示钙沉积量增加5倍

  活死染色显示7天后细胞存活率>95%，且细胞沿孔隙深度迁移达65 μm。

3.3 机制解析

GelMA中的RGD序列协同多孔结构，促进整合素介导的细胞粘附；而TMPTA相分离形成的贯通孔道不仅加速BMP-2缓释（持续14天），还优化了营养/氧气扩散路径。

4 结论

该研究通过非混相相分离策略，实现了GelMA微支架的孔隙精准调控，其“结构-功能”协同设计为骨缺损修复提供了新型微创治疗工具。未来可拓展至血管化组织构建及个性化药物递送系统开发。

（注：全文数据均源自原文实验，未添加主观推断；专业术语如SFL、TMPTA等均按原文格式标注；上下标使用^{/_{标签规范呈现）}}