骨骼肌約占人體重量的45%，其損傷會對人體的正常運動、姿勢維持和內(nèi)臟保護功能造成嚴重影響。輕微的骨骼肌損傷可以通過激活衛(wèi)星細胞自發(fā)修復(fù)，但體積肌肉缺失(VML)的治療必須進行額外的干預(yù)。然而，利用原位骨骼肌組織工程策略的VML修復(fù)模式需要具有適當(dāng)成分、結(jié)構(gòu)和生物活性的支架來促進內(nèi)源性肌肉干細胞的增殖并進一步誘導(dǎo)其成肌分化。現(xiàn)有研究表明細胞外基質(zhì)（ECM）可以改善VML修復(fù)。但脫細胞法獲得的支架由于連通性不足，缺乏多孔結(jié)構(gòu)和血管生成，阻礙了支架中細胞的生存能力和功能表達。脫細胞ECM支架的生物學(xué)功能也受到免疫原性的影響。相反，構(gòu)建相互連通的大孔支架，模擬骨骼肌ECM組成和定向微通道結(jié)構(gòu)，并加載多種促進肌肉組織修復(fù)的生長因子，有望大大改善VML修復(fù)。
針對上述問題，采用單向冷凍和循環(huán)凍融相結(jié)合的方法，制備了基于苯胺四聚體（AT）改性的酰肼化透明質(zhì)酸（AHA-AT)、明膠（GT）和氧化普魯蘭多糖（OPU）的可生物降解導(dǎo)電各向異性IPN原位冷凍凝膠，其中胰島素樣生長因子-1（IGF-1）主要通過物理混合負載，而血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）則與凝膠動態(tài)鍵合。相關(guān)研究成果發(fā)表于Nano Today上。西安交通大學(xué)材料學(xué)院趙鑫副教授和前沿科學(xué)技術(shù)研究院史夢婷博士擔(dān)任共同第一作者，材料學(xué)院碩士生卓劭聞擔(dān)任第二作者，西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院郭保林教授擔(dān)任通訊作者，主要參與作者還有西安交通大學(xué)材料學(xué)院憨勇教授和西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科尹戰(zhàn)海主任。
1、負載雙生長因子的可生物降解導(dǎo)電各向異性IPN原位冷凍凝膠的合成
圖2 (a) AHA和AHA-AT的FT-IR光譜。(b) OPU、AHA/GT/OPU和AHA-AT/GT/OPU的FT-IR光譜。(c) AHA-AT聚合物水溶液及其摻雜樟腦磺酸溶液的紫外可見光譜。(d) 不同前驅(qū)體濃度梯度下AHA/GT/OPU冷凍凝膠的形態(tài)結(jié)構(gòu)。(e)細胞在有和沒有循環(huán)凍融過程的冷凍凝膠內(nèi)的鈣黃蛋白染色圖像。(f)經(jīng)過和不經(jīng)過循環(huán)凍融過程的冷凍凝膠中細胞熒光面積的百分比(n=5)。(g) 不同前體濃度的AHA/GT/OPU冷凍凝膠中細胞鈣黃蛋白染色圖像。(h) 不同前體濃度的AHA/GT/OPU冷凍凝膠中細胞熒光面積百分比(n=5)。C2C12細胞在(i) 1AHA/1GT/0.12OPU、(j) 2AHA/2GT/0.24OPU、(k) 3AHA/3GT/0.36OPU冷凍凝膠中的取向分布。 *p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。
圖3 (a) 冷凍凝膠的導(dǎo)電性。平行和垂直于(b) 非凍融AHA/GT/OPU、(c) AHA/GT/OPU、(d) AHA-AT5/GT/OPU、(e) AHA-AT10/GT/OPU、(f) AHA-AT15/GT/OPU微通道方向的壓縮試驗。(g) AHA-AT/GT/OPU冷凍凝膠的溶脹率。(h) AHA-AT/GT/OPU冷凍凝膠的體外降解。(i) AHA-AT10/GT/OPU/IG/VE冷凍凝膠中IGF-1和VEGF的體外釋放曲線。
圖4 導(dǎo)電冷凍凝膠對C2C12細胞成肌分化影響的評價。(a) 冷凍凝膠中C2C12細胞的MHC免疫熒光染色圖像。(b) 肌管數(shù)統(tǒng)計(n=5)。(c) AHA/GT/OPU，(d) 各向同性AHA-AT10/GT/OPU，(e) AHA-AT10/GT/OPU，(f) AHA-AT10/GT/OPU/IG，(g) AHA-AT10/GT/OPU/IG/VE冷凍凝膠中肌管的取向分布。
圖5 (a) HUVECs劃痕和遷移的代表性光學(xué)圖像。(b) 各冷凍凝膠組細胞遷移率統(tǒng)計(n=5)。*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。
圖6 (a) 治療1周后大鼠脛骨前肌損傷部位的H&E染色圖像（黑色箭頭：有核肌纖維；紅色箭頭：新形成的毛細血管）。(b) 1周后每視場新形成的有核肌纖維數(shù)量統(tǒng)計(n=6)。(c) 1周后每個視場新形成毛細血管數(shù)量統(tǒng)計(n=6)。(d) 治療4周后大鼠脛骨前肌損傷部位的H&E染色圖像（黑色箭頭:有核肌纖維;紅色箭頭:新形成的毛細血管）。(e) 4周后每個視場新形成的有核肌纖維數(shù)量統(tǒng)計(n=6)。(f) 4周后每個視場新形成毛細血管數(shù)量統(tǒng)計(n=6)。*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。
圖7 (a) 治療1周和治療4周后脛骨前肌損傷部位IL-6和VEGF免疫熒光染色圖像。(b) IL-6免疫熒光表達的定量統(tǒng)計(n=3)。(c) VEGF免疫熒光表達的定量統(tǒng)計(n=3)。(d)治療1周和4周后脛骨前肌損傷部位MHC、MyoD和Tnnt的免疫熒光染色圖像。(e) MHC免疫熒光表達的定量統(tǒng)計(n=3)。(f) MyoD免疫熒光表達的定量統(tǒng)計(n=3)。(g) Tnnt免疫熒光表達的定量統(tǒng)計(n=3)。*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。
論文信息：
Authors: XinZhao?, Mengting Shi?, Shaowen Zhuo, Ruonan Dong, Lang Bai, Meiguang Xu, Nuanyang Wen, Zhanhai Yin, Yong Han, Baolin Guo*
Title: Biodegradable conductive IPN in situ cryogels with anisotropic microchannels and sequential delivery of dual-growth factors for skeletal muscle regeneration
Published in: Nano Today
doi: https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102407
