《Science》子刊：可注射纳米纤维水凝胶有望重建软组织

来源：高分子科学前沿

作者：追太阳的少年

因肿瘤切除、创伤、衰老和先天性畸形导致的软组织损伤每年都在影响着数百万人。目前现有的软组织修复方法都有各自的缺点。例如，使用自体组织皮瓣进行填充（也就是拆东墙补西墙），容易造成供体部位的缺陷；使用假体植入，则容易导致排斥反应，导致组织纤维化。并且脂肪移植和皮肤填充仅限于小体积缺陷的填补，只提供暂时的体积恢复，不利于长久的软组织修复。目前还没有现有材料可以应用于填补软组织缺陷的“坑”，并同时促进早期血管的生成。因此，研究一种可以实现上述功能的复合材料具有重要的意义。

美国约翰霍普金斯医学院转化组织工程中心的Mao Hai-Quan和整形外科的Justin M. Sacks和Sashank Reddy合作报道了一种纳米纤维水凝胶的复合材料，用于解决软组织修复问题。相关论文以“Nanofiber-hydrogel composite–mediated angiogenesis for soft tissue reconstruction”发表在《Science》子刊《科学·转化医学》杂志（《Science Translational Medicine》）。这种复合材料由透明质酸(HA)水凝胶与电纺聚己内酯(PCL)纳米纤维共价连接组成（制备过程如图1A所示）。这种复合设计增加了复合材料的体积孔隙率和细胞渗透率，同时实现了足够高的储能模量，使复合材料能够满足类似于天然脂肪组织的机械性能。

图1：(A)纳米纤维复合水凝胶的制备过程；(B)大鼠原生脂肪组织扫描电镜图；(C) 聚己内酯纤维水凝胶复合材料的SEM图；(D)含纤维与不含纤维的水凝胶外观对比；(E) 30规针注射纤维水凝胶复合材料。

图1B和图1C分别是大鼠原生脂肪组织SEM图和聚己内酯纤维水凝胶复合材料的SEM图。从图1C中箭头处可以看出，聚己内酯纤维已经成功嵌入到水凝胶网状结构中，且与大鼠天然脂肪组织结构类似。图1D是含有聚己内酯纤维的水凝胶和不含纤维的水凝胶外观对比图，从图中可以看出，含有聚己内酯纤维的水凝胶具有更好的强度。同时，含有纤维的水凝胶可以用30规针进行注射(如图1E)所示，可以满足外科手术的基本条件。

随后，团队还进一步研究了复合水凝胶在宿主细胞浸润的环境中的软组织缺损修复情况。使用小型圆形冲床在兔腹股沟脂肪内制造缺陷，并注射复合水凝胶，如图2所示。修复后的血管统计分布如图3所示，表明纤维复合水凝胶的注入，有效的促进了血管的再生，从而有利于实现软组织的修复。

图2：兔腹股沟脂肪内制造缺陷并进行填充修复

图3：填充部位血管分布统计图

综上所述，本文的研究团对开发了一种机械性能可调的纳米纤维水凝胶复合材料。这种材料与脂肪的结构相似，并且可以促进宿主血管的再生。这种复合材料最大的特点是纳米纤维表面与水凝胶网络之间的连接。这种结合提供了一种在低纤维负载的条件下，有效提高复合材料的刚度并同时保持水凝胶孔径的方法。研究结果表明, 该复合材料能促进细胞浸润、血运重建和宿主组织整合。此外,这种纳米纤维-水凝胶复合材料还可以通过注射的形式注入缺陷处，而无需使用外源性生长因子，从而提高了其临床的可行性。

原文信息：

Li X, Cho B, Martin R, et al. Nanofiber-hydrogel composite–mediated angiogenesis for soft tissue reconstruction[J]. Science translational medicine, 2019, 11(490): eaau6210.