生物功能化水凝胶/纳米纤维双层支架递送EGF与TGFβ3促进鼻组织再生修复研究

本综述系统探讨了一种新型仿生双层支架（GelMA-CIP/PCL-COL）通过电喷雾技术负载表皮生长因子（EGF）与转化生长因子β3（TGFβ3）在鼻组织工程中的应用。研究证实该支架具备优异的机械性能（拉伸强度2.115±0.367 MPa）、28天生长因子缓释能力及生物相容性，为鼻软骨（NC）与皮肤同步再生提供了创新性解决方案，对推动复杂鼻部重建手术具有重要指导意义。

　　

1 引言

鼻作为具有呼吸、嗅觉和防御功能的复合器官，其结构完整性依赖于软骨-骨框架与皮肤-黏膜被覆层的精密组合。鼻部病理改变可由遗传因素、先天性鼻中隔软骨（NSC）异常、肿瘤或创伤等多种因素引发，不仅影响生理功能，更可能导致患者心理障碍。当前临床主要采用自体/异体移植或合成移植物结合皮瓣的两阶段重建术，但存在供区病损、免疫排斥、塑形困难及手术并发症等局限。

组织工程（TE）技术为突破现有治疗瓶颈提供了新思路。研究表明，模拟细胞外基质（ECM）的多层水凝胶/纳米纤维复合支架能更好地再现体内组织分层结构，为细胞提供物理生化双重刺激。其中，明胶甲基丙烯酰（GelMA）水凝胶与聚己内酯-胶原（PCL-COL）纳米纤维组合因其优异的生物相容性和力学特性，在鼻软骨（NC）重建中展现巨大潜力。而通过电喷雾技术负载生长因子（如TGFβ3促进软骨分化，EGF促进上皮化）的聚合物纳米颗粒，可实现生长因子的局部控释，解决其半衰期短、易失活等问题。

2 实验部分

2.1 材料

研究采用GelMA型B明胶、PCL（M_w=80,000 g/mol）、PVA（M_w=130,000 g/mol）及人源EGF（SRP3027）、TGFβ3（SRP3171）作为主要材料。光引发剂LAP、交联剂戊二醛（GA）及细胞培养试剂均符合生物医学标准。

2.2 双层支架构建

通过数字光处理（DLP）技术打印含抗生素环丙沙星（CIP）的GelMA-CIP水凝胶层（10×10×3 mm），采用静电纺丝制备PCL-COL纳米纤维层（参数：18 kV电压，1 mL/h流速，12.5 cm接收距离）。两层经润湿后键合形成基础双层支架。

2.3 电喷雾功能化

使用1% PVA溶液（水:乙醇=9:1）分别负载EGF（100 ng/mL）与TGFβ3（100 ng/mL），通过优化电喷雾参数（电压21-25 kV，流速0.1-0.2 mL/h，距离15 cm）将纳米颗粒分别沉积于水凝胶层（GelMA-CIP@PVA-EGF）和纳米纤维层（PCL-COL@PVA-TGFβ3）。SEM显示纳米颗粒直径为304±14.5 nm。

2.4 表征与性能测试

傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实材料成功交联；核磁共振（¹H NMR）与TNBS法测定GelMA取代度为68.3%；差示扫描量热法（DSC）显示支架热稳定性良好。力学测试表明双层支架拉伸强度达2.115±0.367 MPa，与天然鼻软骨接近。溶胀实验证实支架具备适宜的水合能力（pH 7.4 PBS中遵循准Fickian扩散机制）。

2.5 生物学评价

MTT法验证支架对人骨髓间充质干细胞（BMMSCs）无细胞毒性。ELISA检测证实生长因子可持续释放28天，TGFβ3高效诱导软骨分化（通过COL2A1、AGG等标志物表达评估），EGF显著促进上皮细胞迁移与伤口愈合。

3 讨论与展望

本研究首次报道了同时针对鼻部上皮与软骨层的仿生双功能支架。通过DLP打印、静电纺丝与电喷雾技术融合，实现了材料结构精度、力学适配性与生物功能的协同调控。TGFβ3纳米颗粒促进BMMSCs软骨向分化，EGF纳米颗粒加速上皮再生，避免了传统移植术的多阶段手术需求。

该支架的创新性在于：① 仿生双层结构模拟鼻部解剖层次；② PVA纳米颗粒控释系统解决生长因子递送难题；③ CIP整合提供抗感染保障；④ 力学性能与天然组织匹配。未来需通过体内实验进一步验证其长期稳定性与组织整合效果，为临床转化提供依据。

此技术策略不仅适用于鼻部重建，对多层组织结构再生（如气管、皮肤等）均具有重要参考价值，标志着组织工程向多组织同步再生的精准化设计迈出关键一步。