原創： 高分子科學前沿

干細胞注射和組織工程（如MACI技術）是目前治療軟骨缺損的主要方法，但它們均存在明顯不足：如干細胞注射后細胞滯留率和存活率低；MACI技術會造成較大的手術創面，且難以完整填充不規則缺損等。傳統可注射水凝膠雖然可以實現微創治療并有效填充不規則缺損，但細胞在注射過程中會受到較大的剪切應力，除此之外，凝固后的水凝膠支架內部沒有大孔結構，營養供給不充分，這些都容易引起細胞凋亡，影響軟骨再生。針對上述問題，華南理工大學曹曉東教授和董華教授團隊基于bottom-up的理念，提出了軟骨修復的新策略（圖1）。該策略的主要思路如下：將巰基化明膠 (Gel-SH)、乙烯砜化透明質酸 (HA-VS) 和間充質干細胞（BMSCs）在微流控芯片中共混，通過thiol-Michael加成反應形成包載BMSCs的可注射Gel-HA微凝膠（圖2和圖3）；培養一段時間后(圖4)，將此微凝膠注射到組織缺損位置，由于此時絕大多數干細胞都被微凝膠包裹，因而注射后的細胞滯留率和存活率較高（圖5），待干細胞在體內大量增殖后，微凝膠借助其表面干細胞間的相互作用可自組裝成大孔微凝膠支架，而后進一步分化成類軟骨組織（圖6）。該策略很好地解決了現有軟骨修復方法存在的諸多問題，為軟骨修復提供了一個全新的思路。

圖1：基于干細胞載體Gel-HA微凝膠的軟骨修復策略示意圖。

(a) 以Gel-SH和HA-VS為預聚物，通過thiol-Michael加成反應，采用微流控技術制備包載BMSCs的Gel-HA微凝膠；(b) 體外培養包載BMSCs的微凝膠；(c) 包載BMSCs的微凝膠注射到缺損位置并以bottom-up的方式實現自組裝。

圖2：微凝膠材料的制備和表征

（a）Gel-SH、HA-VS和Gel-HA水凝膠的合成路線；（b）Gel-SH和HA-VS的1H NMR譜圖；（c）Gel-HA水凝膠的FTIR光譜；（d-f）不同濃度的HA-VS / Gel-SH的Gel-HA水凝膠的物理表征，包括（d）成膠時間，（e）應力應變曲線和（f）流變性能表征。

圖3：微流控技術制備包載BMSCs的Gel-HA微凝膠

（a）在微流控芯片中制備包載BMSCs的Gel-HA微球；（b）分散相和連續相的流速比對微凝膠尺寸的影響；（c）包載BMSC的Gel-HA微凝膠的光學相片和細胞數量分布。

圖4：包載BMSC的Gel-HA微凝膠的體外生物學表征。

（a）微凝膠內BMSCs的活死染色和CCK-8測定；（b）BMSCs在Gel-HA微凝膠中的分布 (按7:3的比例將Gel-HA微凝膠分為的面積相等的核層和殼層，用DAPI對細胞核染色并用CLSM觀察)；（c）包載BMSC的Gel-HA微凝膠的免疫組化染色和mRNA表達測試（在mRNA表達圖中，黑色代表沒有在軟骨誘導培養基中培養的未包封在微凝膠中的BMSCs，紅色代表沒有在軟骨誘導培養基中培養的包封在微凝膠中的BMSCs，藍色代表在軟骨誘導培養基中培養的包封在微凝膠中的BMSCs）。

圖5：包載BMSCs的Gel-HA微凝膠在體外實現可注射和自組裝

a）將包載BMSCs的微凝膠注射進PDMS空腔模具中在體外完成自組裝的過程演示；（b）在不同注射速度下，BMSCs的活死染色和定量分析；（c）微凝膠自組裝體的表征：（左）在低（4×10⁶ / mL）和高（1.2×10⁷ / mL）細胞密度下，完成自組裝過程的效率；（右）細胞骨架染色以及Col I、Col Ⅱ、aggrecan的免疫熒光染色。

圖6：包載BMSCs的Gel-HA微凝膠在動物體內實現可注射和自組裝

(a) 體內移植體的尺寸變化：右側為包載BMSCs的微凝膠，左側為純BMSCs懸液（對照組）；(b) 移植體的實物圖；(c) 移植體的機械強度；(d) 通過CD31的免疫熒光染色表征移植體的血管化（CD31：紅色，細胞核：藍色）；(e) 通過Col X的免疫組化染色表征移植體的肥大化。

相關論文以“Injection and Self‐Assembly of Bioinspired Stem Cell‐Laden Gelatin/Hyaluronic Acid Hybrid Microgels Promote Cartilage Repair In Vivo”發表在《Advanced Functional Materials》。博士生馮琦為該文章第一作者，曹曉東教授和董華教授為通訊作者，華南理工大學為論文唯一完成單位。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201906690轉載僅供參考學習及傳遞有用信息，版權歸原作者所有，如侵犯權益，請聯系刪除。