王金武课题组：工程微尺度脉管系统的热响应性水凝胶支架制备研究成果

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长期以来，精确制造微尺度脉管系统（MSV）一直是组织工程学中尚未解决的挑战。当前，光辅助打印是最常见的方法。然而，这种方法通常与复杂的制造过程，高成本以及对特定的光敏材料的需求有关。最近，上海交通大学医学院附属第九人民医院王金武教授团队采用热响应水凝胶在37°C时引起体积收缩，从而无需复杂操作流程即可进行MSV工程设计。

       热敏水凝胶由热敏聚（N-异丙基丙烯酰胺）和生物相容性甲基丙烯酸明胶（GelMA）组成。在细胞培养中，热响应性水凝胶表现出明显的体积收缩，并有效触发了更小尺寸MSV的产生。结果表明，较高浓度的GelMA阻止了收缩，而热响应水凝胶在37°C的水和空气中表现出不同的行为。可以使用牺牲藻酸盐纤维有效地制造MSV，并且获得的最小MSV直径为50 μm。人脐静脉内皮细胞在MSV中形成内皮单层。骨肉瘤细胞在热响应性水凝胶中保持较高的生存能力，体内实验表明MSV为宿主血管的灌注提供了一个部位。该技术可能有助于开发制造MSV的简便方法，并证明了在组织再生中临床应用的强大潜力。相关论文以题为Fabrication of Thermoresponsive Hydrogel Scaffolds with Engineered Microscale Vasculatures发表在《Advanced Functional Materials》上。
       团队报告了一种利用其在37°C时具有收缩能力的，在热响应性P/G水凝胶中轻松快速制造MSV的策略。P/G水凝胶在37°C时表现出体积收缩，并且可以通过调节P/G水凝胶中的GelMA浓度来很好地控制其尺寸和收缩率。与水中的水凝胶相比，P/G水凝胶在37°C的空气中表现出稳定的热响应性能。体外实验表明，HUVEC可以附着在P/G水凝胶上，并在培养过程中保持较高的细胞活力。在培养7天后，在P/G水凝胶提取物中未检测到细胞毒性，并且MSV中的灌注HUVEC形成了内皮单层。CD31标志物的表达证明了内皮功能的维持。OCs的高生存力进一步表明了P/G水凝胶的生物相容性。此外，将具有MSV的热响应性水凝胶支架植入小鼠的皮下组织后，实现了体内桥接宿主血管的目标。动物实验的结果表明，MSV可以促进支架周围和内部血管的形成。具有MSV的热敏性水凝胶支架的这些特征表明它们在血管形成和组织再生中的潜力很大。
       参考文献：doi.org/10.1002/adfm.202102685


       文章来源：上海交通大学
       王金武，男，医学博士，主任医师，教授，博导。现任上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科主任医师，上海交通大学生物医学工程学院教授，民政部智能控制与康复技术重点实验室副主任，上海市卫计委骨与关节康复医学科重点学科带头人，上海交通大学康复辅具创新中心主任，十三五科技部国家重点研发计划首席科学家。先后承担了包括科技部重点研发计划（生物3D打印）、科技部“863”（高精度3D打印装备制造）与“973”（多级微纳骨修复生物材料）子课题、国家自然基金在内的国家级课题7项，省部级课题16项；同时领衔民政部3D打印康复辅具标准研究课题和上海市人民政府康复辅具产业发展策略研究课题各一项，参编专著10部（副主编3部），在上海交大设立数字医学与3D打印前沿医工交叉转化研究生课程，第一作者发表包括SCI论文60余篇（其中Nature与Science旗下子刊共3篇）。