創傷和炎症等引起的軟骨損傷，常常引起劇烈疼痛，限制人體正常運動，嚴重影響生活質量。軟骨中不含血管，其再生能力非常有限，難于修複，是臨床上亟待解決的難題。目前盡管已有一些方法如生長因子注射、幹細胞移植、自體或異體軟骨移植等用于軟骨修複，但它們大多為生物源，存在細胞和組織來源有限、生命體排異、潛在的疾病感染風險、操作複雜和費用高等問題。據此，bevictor伟德官网纖維材料改性國家重點實驗室遊正偉教授團隊和上海交通大學附屬第六人民醫院趙世昌醫師團隊共同研制了一種生物活性的形狀記憶彈性支架實現了無細胞軟骨再生，所用材料純人工合成，精準可控，無生物源風險，為軟骨修複提供了簡便高效的方法。相關成果近日以“Biofunctionalized chondrogenic shape-memory ternary scaffolds for efficient cell-free cartilage regeneration”為題，發表于生物材料領域國際權威學術期刊《Acta Biomaterialia》。bevictor伟德官网材料學院博士生軒慧霞是論文的第一作者，上海交通大學附屬第六人民醫院胡浩然博士是共同作者，遊正偉教授和趙世昌主治醫師是該論文的共同通訊作者。

利用功能有機小分子構築生物活性的體溫響應形狀記憶多孔支架

該多孔支架是由一種促進軟骨再生的生物活性小分子KGN、生物彈性體聚癸二酸甘油酯（PGS）和聚（1,3-丙二醇甘油酯）（PPS）雜化構築。其中PGS是該團隊長期研究的一種應用廣泛的生物相容和生物可降解彈性體，其形成共價網絡，可以根據缺損部位形狀，定制支架的永久形狀。結晶的PPS鍊段作為可逆開關相起到固定臨時形狀的作用。相較于傳統的聚合物生物材料聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）等，PGS一個特點是有大量的自由羟基，可以進行多種化學修飾，方便地實現功能化。本工作中接枝了生物活性的小分子KGN，賦予了支架促進軟骨再生的能力。

圖1生物活性形狀記憶多孔支架的設計、制備和無細胞軟骨修複應用示意圖

支架展現了良好的生物降解性，在降解過程中，促進軟骨再生的生物活性小分子KGN被緩慢釋放（圖2），控釋時間長達3個月以上。

圖2支架體外降解和生物活性分子KGN的緩釋

構築的PPS/PGS/KGN三元支架展現了良好的體溫形狀記憶效應。較大的多孔支架可以被壓縮固定到較小的緊湊狀态，便于微創植入；植入體内後，在體溫（37 ºC）下，支架自然恢複到設定的初始狀态，修複組織缺損。該支架經過5個形狀記憶過程後，仍保有98%的形狀記憶固定率和97%的形狀記憶回複率，并且其可定制成各種形狀以滿足不同的組織缺損需求。

圖3支架的體溫響應的形狀記憶行為

無細胞軟骨修複應用

上述PPS/PGS/KGN支架，在體外實驗中可促進骨髓間充質幹細胞生長和向軟骨分化；在體内實驗中，無需外源生長因子和細胞，成功修複大鼠股骨髁軟骨缺損（圖4）。

圖4 體内軟骨缺損修複的宏觀圖像及組織學染色

該工作為軟骨缺損提供了微創無細胞原位再生修複的新材料。研制的體溫響應形狀記憶支架，還可以進行多重功能化，修飾其它生物活性分子，方便地用于其它組織的微創植入修複。同時該工作證實的利用功能小分子構築生物活性材料的思路，避免了蛋白等生物大分子易失活和潛在的生物風險，可為類似的活性生物材料的設計提供參考。該工作獲得了國家自然科學基金、上海市自然科學基金、bevictor伟德官网勵志計劃等項目資助。

論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.01.015

作者介紹

bevictor伟德官网遊正偉教授長期從事彈性體材料研制及其在生物醫學和生物電子領域的應用。建立了酸誘導環氧開環聚合的合成新方法(Biomaterials 2010, 31, 3129; Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 28)，研制了一系列新型生物活性(ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 20591; J. Mater. Chem.B, 2016, 4, 2090; Acta Biomater. 2019, 539, 351)、具有形狀記憶(J. Mater. Chem. B, 2019, 7, 123; ACS Biomater. Sci. Eng. 2019, 5, 1668)、自愈合(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 9590; Adv. Mater. 2019, 31, 1901402; Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1901058)等功能的彈性體；通過工藝、設備、策略的創新，解決了3D打印中的一系列瓶頸問題，實現了包括上述熱固性彈性體在内不易加工材料的3D打印(Mater. Horiz., 2019, 6, 394)，構築了常規3D打印難于獲得仿生血管網絡等三維精細結構(Mater. Horiz. 2019, 6, 1197)；進而考察上述材料和加工技術在心肌(Adv. Healthc. Mater. 2019, 8, 1900065)、血管(Biomaterials 2016, 76, 359; Acta Biomater. 2019, 97, 321)、氣管(Sci. China Mater. 2019, 62, 1910)、子宮(Adv. Healthc. Mater.2019, 8, 1801455)、和骨(J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 2468)等組織再生和可穿戴電子(Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1805108; J. Mater. Chem. A 2019, 7, 13948; Nano Energy 2019, 63, 103847; Nat. Commun.DOI: 10.1038/s41467-020-14446-2; Adv. Mater. DOI: 10.1002/adma.201906994)等領域的應用。團隊主頁：http://pilab.dhu.edu.cn/zyou/

上海交通大學附屬第六人民醫院趙世昌主治醫師長期緻力于骨與軟骨組織工程以及各類骨科疾患的臨床診治和基礎研究工作，在應用生物材料及幹細胞（外泌體）促進組織再生修複領域已積累豐富的研究經驗，在Biomaterials、ACS Appl. Mater. Interfaces、Chem. Eng. J.、Acta Biomater.、J. Mater. Chem. B以及Biomater. Sci.等學術期刊發表論文30餘篇。