供稿人：焦天 連芩 供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 發(fā)布日期：2023-06-03
生物支架在隨機皮瓣再生方面具有廣闊的應用前景，但其血管化能力不足，在動態(tài)愈合過程中缺乏響應性，極大地限制了其實際應用。
最近，溫州醫(yī)科大學Wang Xiaochen等人針對促進血管化和皮瓣再生，提出了一種新型的含有動態(tài)響應通道的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，打印后進一步通過紫外光和2% w/v的 CaCl2進行交聯(lián)。完成MX-HF空心纖維支架的制造。通過改變外部預凝膠溶液中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。在外部預凝膠溶液中加入20ng/mL的VEGF，就可以獲得VEGF@MX-HF支架（負載內(nèi)皮細胞生長因子的MXene空心纖維支架）。
圖1 用于皮瓣再生的微流體3D打印動態(tài)響應支架示意圖
得益于MX-HF支架中MXene納米片的光熱轉(zhuǎn)換能力和聚NIPAM水凝膠的溫度響應能力，支架表現(xiàn)出近紅外（NIR）響應的收縮/膨脹行為，促進了細胞從周圍環(huán)境向支架通道中的遷移。此外，MX-HF支架通過將血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）納入水凝膠基質(zhì)中進行可控輸送，在近紅外照射下可促進內(nèi)皮細胞的增殖、遷移和，促進血管的生成，增強了MX-HF支架的體外再生能力。
在體實驗中進一步證實，近紅外響應型VEGF@MX-HF支架（負載血管內(nèi)皮生長因子的空心纖維MXene支架）可通過促進皮瓣血管生成、減少炎癥反應、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/膨脹動態(tài)響應的MX-HF支架具備促進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，MX-HF支架在再生醫(yī)學和其他組織工程領域具有廣闊的前景。