基于逆向结构设计的用于生物软组织再生的柔性网状支架

目的由于外伤或者病变引起的软组织缺损和损伤会导致人体运动功能障碍,严重影响患者健康和生活质量。生物组织支架虽为软组织修复提供了重要治疗策略,但由于支架与再生软组织之间因力学不匹配导致的再生效果不佳甚至修复失效的问题一直是临床应用的痛点与难点。方法针对以上问题将软质网状材料作为支架基本结构,采用逆向设计方法,结合光刻与静电纺丝技术,开发出了一类能精准复刻不同生物软组织非线性力学响应的柔性网状支架。结果在对大鼠坐骨神经与肌腱大段缺损模型的修复结果显示,由曲梁微结构构成的柔性网状支架有效避免了坐骨神经再生过程中由于传统纺丝支架与再生组织间力学不匹配导致的支架褶皱、坍塌、脱线等造成修复失效的问题。在神经轴突的再生方面,相比于纺丝神经导管,在柔性网状支架中再生的神经轴突质量更高,数量更多。大鼠肌腱损伤模型修复显示柔性网状支架能够很好地将外界力学刺激传递至细胞,促进胶原蛋白纤维的改键与取向性再生。此外,大鼠术后能快速恢复运动能力(两周)。结论具有轻质、高柔韧性以及力学仿生特点的柔性网状支架对软组织损伤的临床治疗具有重要意义。相关研究结果已发表在Science Advances(DOI:10.1126/sciadv.adi8606)上,并同时被Science Advances和Science评选为当期特色论文(Featured article)。