溫州醫(yī)科大學(xué)：微流控3D打印動(dòng)態(tài)響應(yīng)支架用于皮瓣再生

供稿人：焦天 連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

生物支架在隨機(jī)皮瓣再生方面具有廣闊的應(yīng)用前景，但其血管化能力不足，在動(dòng)態(tài)愈合過程中缺乏響應(yīng)性，極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。

最近，溫州醫(yī)科大學(xué)Wang Xiaochen等人針對(duì)促進(jìn)血管化和皮瓣再生，提出了一種新型的含有動(dòng)態(tài)響應(yīng)通道的MXene（二維層狀結(jié)構(gòu)的金屬碳化物和金屬氮化物材料）空心纖維支架（MX-HF），并利用微流體輔助3D打印策略實(shí)現(xiàn)了該支架的制造。

MX-HF支架的具體制造方法為：采用微流控同軸噴頭擠出打印空心纖維支架，同軸噴頭內(nèi)部擠出濃度0.8% w/v的 CaCl2，外部擠出15% w/v的NIPAM（N-異丙基丙烯酰胺）、1.5% w/v的NMAM（N―羥甲基丙烯酰胺）、2.5% w/v海藻酸鈉、20% v/v的基質(zhì)膠混合液、 0.5% w/v的BIS（N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺）、0.1% v/v光引發(fā)劑和一些MXene納米片（0-200 μg/mL），打印過程中海藻酸鈉和氯化鈣交聯(lián)形成空心纖維，打印后進(jìn)一步通過紫外光和2% w/v的 CaCl2進(jìn)行交聯(lián)。完成MX-HF空心纖維支架的制造。通過改變外部預(yù)凝膠溶液中MXene濃度(0、25、50、100和200 ug mL-1)，可獲得不同MXene含量的MX-HF支架。在外部預(yù)凝膠溶液中加入20ng/mL的VEGF，就可以獲得VEGF@MX-HF支架（負(fù)載內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子的MXene空心纖維支架）。

圖1 用于皮瓣再生的微流體3D打印動(dòng)態(tài)響應(yīng)支架示意圖

得益于MX-HF支架中MXene納米片的光熱轉(zhuǎn)換能力和聚NIPAM水凝膠的溫度響應(yīng)能力，支架表現(xiàn)出近紅外（NIR）響應(yīng)的收縮/膨脹行為，促進(jìn)了細(xì)胞從周圍環(huán)境向支架通道中的遷移。此外，MX-HF支架通過將血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）納入水凝膠基質(zhì)中進(jìn)行可控輸送，在近紅外照射下可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和，促進(jìn)血管的生成，增強(qiáng)了MX-HF支架的體外再生能力。

在體實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步證實(shí)，近紅外響應(yīng)型VEGF@MX-HF支架（負(fù)載血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的空心纖維MXene支架）可通過促進(jìn)皮瓣血管生成、減少炎癥反應(yīng)、減少皮瓣凋亡等方式有效提高皮瓣的成活率。

總而言之，這種溫度和收縮/膨脹動(dòng)態(tài)響應(yīng)的MX-HF支架具備促進(jìn)快速血管化和皮瓣存活的功能，且具備安全、有效、易于使用的特點(diǎn)，MX-HF支架在再生醫(yī)學(xué)和其他組織工程領(lǐng)域具有廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：
Wang X, Yu Y, Yang C, et al. Dynamically Responsive Scaffolds from Microfluidic 3D Printing for Skin Flap Regeneration[J]. Advanced Science, 2022:2201155. （https://doi.org/10.1002/advs.202201155）