阿仑膦酸钠/壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜的制备与表征

背景:骨质疏松症是牙种植治疗的高风险因素,制备缓释阿仑膦酸钠的组织工程支架应用于骨质疏松患者口腔种植手术是当前口腔骨组织工程研究热点。目的:制备阿仑膦酸钠/壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜,表征其缓释性能。方法:(1)采用物理交联法制备不同质量比(壳聚糖与聚乙烯醇的质量比分别为3∶7、5∶5、7∶3)的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜与单纯的壳聚糖、聚乙烯醇水凝胶膜,通过表征水凝胶膜的形貌、水接触角、力学性能、溶胀率与细胞相容性筛选适宜的水凝胶膜作为阿仑膦酸钠的载体。(2)制备含0,0.4,1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠的单纯壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜,将大鼠骨髓间充质干细胞分别与4组水凝胶膜共培养,通过CCK-8法与CD44免疫荧光染色检测水凝胶膜的细胞相容性。将载药壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜浸泡于PBS中,采用紫外可见分光光度法检测复合水凝胶膜的药物释放性能。结果与结论:(1)表征结果显示,随着水凝胶膜中聚乙烯醇质量的增加,水凝胶膜的结构密度增加、孔隙率减少,水接触角(均在90°以内)、断裂伸长率与抗压强度增大,平衡溶胀率降低,对大鼠骨髓间充质干细胞的增殖均无影响,单纯壳聚糖水凝胶膜可促进大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,3∶7、5∶5比例复合水凝胶膜不影响大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,单纯聚乙烯醇水凝胶膜、7∶3比例复合水凝胶膜抑制大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,综合以上结果,选择5∶5复合水凝胶膜作为阿仑膦酸钠的载体。(2)CCK-8检测结果显示,含0.4,1.2 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜无细胞毒性;CD44免疫荧光染色结果显示,含0.4 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜不影响大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,含1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜抑制大鼠骨髓间充质干细胞的黏附;含0.4,1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜在最初6 h内爆发性释放阿仑膦酸钠,此后均匀稳定地释放阿仑膦酸钠,释放时间达96 h以上。(3)结果表明,5∶5比例的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜具有良好的理化性能、细胞相容性,可以作为阿仑膦酸钠的缓释载体。

功能性水凝胶在创伤性脑损伤组织修复中的作用

背景:目前临床上传统的给药途径(口服或静脉注射)面临难以透过血脑屏障问题,对于开放性重度创伤性脑损伤的临床治疗结果往往低于预期。水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶,在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持。目前有部分实验应用可注射性功能水凝胶注射植入损伤部位以达到修复受损脑组织的目的,但这一治疗策略尚未应用于临床。目的:分析功能性水凝胶在创伤性脑损伤后组织修复中的作用,讨论水凝胶通过不同作用方式促进创伤性脑损伤后的神经组织再生,以期为创伤性脑损伤的临床治疗和基础研究提出新的思路。方法:以“hydrogels,functional hydrogel,composite hydrogels,traumatic brain injury,tissue repair,neural regeneration”“功能性水凝胶,创伤性脑损伤,组织修复,神经再生”为关键词在PubMed、Web of Science、中国知网和万方数据库检索2000年8月至2024年3月的相关文献。制定纳入和排除标准,通过阅读文献标题、摘要及全文内容进行筛选,最终纳入60篇相关文献进行综述。结果与结论:①基于分子设计的水凝胶可以模拟神经微结构,促进再生修复,模拟神经血管单元促进血管再生。②基于联合药物治疗原则的水凝胶可以递送内源性神经调控因子,包裹药物促进神经再生。③基于搭载干细胞恢复策略的水凝胶可以作为分子支架递送细胞治疗。④未来研究学者们还需进一步探索神经组织修复相关的功能性水凝胶,为创伤性脑损伤患者的治疗功能重建提供有效策略。

壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠/益母草碱水凝胶的抗炎与促成骨作用

背景:益母草碱具有改善微循环、抗氧化、抗细胞凋亡、清除自由基、抗炎、抗纤维化等多种生物活性作用,并且可促进骨髓间充质干细胞的成骨分化,具有应用于牙周炎治疗的潜能。目的:探讨益母草碱负载于壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠水凝胶的抗炎与促成骨作用。方法:①分别制备壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠水凝胶(空白水凝胶)与壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠/益母草碱水凝胶(载药水凝胶),将两种水凝胶分别培养RAW 264.7细胞、MC3T3-E1细胞,利用CCK-8实验与活/死细胞染色检测水凝胶的细胞毒性。②将RAW 264.7细胞分5组培养:空白组常规培养24 h,脂多糖组加入脂多糖,单独水凝胶组加入脂多糖与空白水凝胶,载药水凝胶组加入脂多糖与载药水凝胶,抑制剂组加入脂多糖、载药水凝胶与PI3K抑制剂LY294002,处理24 h后,利用qRT-PCR法检测炎症相关因子mRNA表达,Western Blotting检测炎症相关因子与PI3K/AKT信号通路的蛋白表达。③将MC3T3-E1细胞分4组培养:空白组不加入任何材料,单独水凝胶组加入空白水凝胶,载药水凝胶组加入载药水凝胶,抑制剂组加入载药水凝胶与PI3K抑制剂LY294002,处理7 d后,进行碱性磷酸酶染色,利用qRT-PCR检测成骨相关因子mRNA表达水平,Western Blotting检测PI3K/AKT信号通路的蛋白表达。结果与结论:①CCK-8实验与活/死细胞染色结果显示,两种水凝胶无细胞毒性作用,具有良好的细胞相容性;②与空白组相比,脂多糖组白细胞介素6、肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β的mRNA与蛋白表达升高(P<0.05),p-AKT、p-PI3K、p-p65、p-IκBα的蛋白表达升高(P<0.05);与脂多糖组比较,载药水凝胶组上述指标的mRNA与蛋白表达均降低(P<0.05);与载药水凝胶组相比,抑制剂组上述指标的mRNA与蛋白表达均降低(P<0.05);③载药水凝胶组碱性磷酸酶活性高于空白组、单独水凝胶组、抑制剂组(P<0.05);与空白组相比,单独水凝胶组碱性磷酸酶、Runx2、骨钙素与Ⅰ型胶原的mRNA表达升高(P<0.05),p-AKT、p-PI3K的蛋白表达升高(P<0.05);与单独水凝胶组相比,载药水凝胶组上述指标的mRNA与蛋白表达均升高(P<0.05);与载药水凝胶组相比,抑制剂组上述指标的mRNA与蛋白表达均降低(P<0.05);④结果表明,壳聚糖/甘油磷酸钠/海藻酸钠/益母草碱水凝胶具有抗炎与促成骨作用,该作用可能与调控PI3K/AKT信号通路相关。

负载外泌体的水凝胶在神经损伤再生与创面修复中的应用

背景:在近年的研究中,负载外泌体的水凝胶在组织工程和再生医学领域作为一种新兴的治疗策略引起了广泛关注,被认为是治疗神经再生及创面修复的有希望的手段。目的:综述了负载外泌体的水凝胶在神经再生及创面修复中的应用进展,为未来进一步研究和临床应用提供参考和指导。方法:第一作者于2024年5月使用计算机在PubMed及中国知网数据库检索2000年1月至2024年5月发表的相关文献,以“exosome,hydrogel,nerve,nerve regeneration,wound,wound healing”为英文检索词,以“外泌体,水凝胶,神经,神经再生,伤口,创面修复”为中文检索词,最终纳入66篇文献进行分析。结果与结论:①负载外泌体的水凝胶在神经修复中通过发挥抗炎、抗氧化和促进轴突与髓鞘再生作用,为神经再生提供了一条有前途的途径。②负载外泌体的水凝胶通过发挥抑制炎症及氧化应激水平,加速皮肤细胞增殖和迁移、胶原蛋白表达及促进血管形成,显著加速创面的愈合过程,提高愈合质量。③负载外泌体的水凝胶对神经再生及创面修复中的作用研究,还仅限于细胞及动物实验,并未涉及临床,未来仍需要进行更多的机制研究、安全性评价和补充相关临床试验。

单宁酸改性互穿网络水凝胶促进断裂跟腱术后的组织重塑

背景:跟腱断裂术后的再生与重塑是临床治疗的难点,组织工程水凝胶材料为促进跟腱修复提供了可能。目的:探究单宁酸改性互穿网络水凝胶对大鼠断裂跟腱组织再生与重塑的作用。方法:①通过蓝光照射及CaSO4溶液浸泡交联制备单宁酸改性互穿网络水凝胶,表征水凝胶的微观形貌、力学性能、黏附性能、体外释药性能与生物相容性。②取30只SD大鼠,采用随机数字表法分为假手术组、手术组与水凝胶组,每组10只,后2组建立右后肢跟腱断裂模型,手术组采用改良Kessler法将断裂跟腱重新缝合,水凝胶组采用相同术式缝合断裂跟腱后将单宁酸改性互穿网络水凝胶贴片完全缠绕包裹于断端接合处。术后4周,对断裂跟腱进行影像学检查、组织学评价、生物力学测试及炎症因子水平检测。结果与结论:①扫描电镜下可见单宁酸改性互穿网络水凝胶呈多孔微观结构,孔径为3-10μm,并且水凝胶具备良好的体外释药性能、黏附强度与拉伸强度;CCK-8检测与活/死染色显示,该水凝胶对大鼠骨髓间充质干细胞增殖活性无明显影响,具备良好的生物相容性。②MRI成像显示,与手术组比较,水凝胶组大鼠跟腱呈均一低信号,跟腱前后径厚度减小,与周围组织分界更为明确,表现更接近假手术组。苏木精-伊红与Masson染色显示,手术组大鼠跟腱纤维排列松散混乱,细胞密度增加且排布杂乱,伴有明显炎性细胞浸润,部分区域出现腱内骨化;水凝胶组大鼠跟腱纤维排列有序,细胞密度降低且排布规整,炎性细胞浸润明显减少。手术组大鼠跟腱的拉伸强度低于假手术组(P<0.05),水凝胶组大鼠跟腱的拉伸强度高于手术组(P<0.05)。与假手术组比较,手术组大鼠跟腱中白细胞介素1β、白细胞介素6及肿瘤坏死因子α质量浓度及mRNA表达升高(P<0.05);与手术组比较,水凝胶组3种炎症因子水平及mRNA表达降低。③结果表明,单宁酸改性互穿网络水凝胶可显著抑制局部炎症反应、促进断裂跟腱组织重塑。

智能响应型水凝胶及其在药物控释中的应用

水凝胶是一类易于功能化修饰及负载药物的聚合物材料,在药物递送领域已得到广泛的应用。智能响应型水凝胶相比传统水凝胶具有刺激响应性,避免了传统水凝胶的早期爆释药物现象,可响应病理情况下的微环境变化或响应外加刺激从而实现按需控释药物,是更为智能的药物递送系统。本文全面综述了pH、活性氧、化学、温度、磁、光、超声响应型水凝胶独特的响应机制以及在各类疾病治疗中药物控释的创新应用,展现了这一领域的前沿进展并指出了未来研究的发展方向。

富血小板血浆及水凝胶治疗脊髓损伤

背景:大量文献报道了富血小板血浆、水凝胶治疗脊髓损伤的作用及其机制,但较少文章归纳总结它们治疗脊髓损伤的策略。目的:归纳总结脊髓损伤的病理进程,富血小板血浆和水凝胶单独及联合应用修复脊髓损伤的策略。方法:应用计算机检索Pub Med和中国知网数据库建库至2024年3月之前发表的文献,中文检索词为“脊髓损伤,富血小板血浆,水凝胶”,英文检索词为“spinal cord injury,spinal cord,Platelet-rich plasma,hydrogel,angiogenesis,neuralgia,combination therapy”,按照纳入和排除标准对文献进行筛选,最终纳入128篇文献进行综述分析。结果与结论:(1)富血小板血浆的分类复杂多样,在脊髓损伤的修复性治疗应用中的效果也是各有不同,但都表现出一定的积极的效果,即具有一定的促进轴突再生、刺激血管生成、治疗神经性疼痛等作用;(2)富血小板血浆的作用主要得益于其所含的生长因子等成分;(3)水凝胶的种类也很多,在脊髓损伤的修复性治疗中主要起到填充、模拟细胞外基质、搭载药物与生物产品、作为支架搭载细胞等作用;(4)与单一的治疗方式相比,富血小板血浆和水凝胶联合治疗可更有效地促进神经再生和脊髓功能的恢复。

界面增强双网络水凝胶织物的制备及性能

水凝胶和织物的复合可有效解决水凝胶力学性能差的问题,然而水凝胶和织物之间的弱界面强度,会影响其实际应用。本文利用聚丙烯酸(PAA)接枝弹性棉织物(PAFB)与聚乙烯醇(PVA)-聚丙烯酰胺(PAM)双网络水凝胶制备得到界面强度增强的PAM-PVA-PAFB柔性传感器。测试结果表明,PAM-PVA-PAFB具有优良的机械性能;含有的植酸(PA)和乙二醇(EG)使其具有优异的抗冻性;能够识别1%~100%的应变,可应用于人体关节运动和面部表情的检测;PAA的引入,使水凝胶和织物之间以共价键形式复合,有效提升了界面强度,减少了两者之间的滑移。因此,PAM-PVA-PAFB应变传感器在可穿戴电子设备领域中有着巨大的应用潜力。

增强自噬的可注射水凝胶微球改善软骨微环境抗软骨细胞衰老

背景:细胞衰老是骨关节炎的重大危险因素之一,目前尚无广泛认可的针对衰老细胞的抗骨关节炎治疗策略。目的:制定可行的针对骨关节炎中衰老细胞的治疗策略。方法:采用薄膜分散法制备包封雷帕霉素的阳离子脂质体RAPA@Lipo,合成甲基丙烯酰化透明质酸水凝胶,将RAPA@Lipo加入甲基丙烯酰化透明质酸水凝胶水相液中,利用微流控设备制成水凝胶微球,再于紫光光照下交联成固体水凝胶微球(RAPA@Lipo@MS)。将人原代软骨细胞分别与RAPA@Lipo、 RAPA@Lipo@MS共培养,采用CCK-8法、活/死染色评价材料的生物相容性。将大鼠原代软骨细胞分4组培养:正常对照组常规培养48 h,造模组加入H2O2刺激24 h建立衰老细胞模型,RAPA@Lipo组、RAPA@Lipo@MS组建立衰老细胞模型后分别加入RAPA@Lipo、RAPA@Lipo@MS培养24 h,培养结束后,采用免疫荧光观察p62及Ⅱ型胶原蛋白的表达,RT-PCR检测白细胞介素6、基质金属蛋白酶13、Ⅱ型胶原、聚集蛋白聚糖及ADAMTS-5的m RNA表达。结果与结论:(1)CCK-8检测、活/死染色结果显示,RAPA@Lipo与RAPA@Lipo@MS均具有良好的生物相容性;(2)与正常对照组相比,造模组细胞p62蛋白表达升高(P <0.05),Ⅱ型胶原蛋白表达降低(P <0.05),白细胞介素6、基质金属蛋白酶13及ADAMTS-5的m RNA表达升高(P <0.05),Ⅱ型胶原及聚集蛋白聚糖m RNA表达降低(P <0.05);与造模组比较,RAPA@Lipo@MS组p62蛋白表达降低(P <0.05),Ⅱ型胶原蛋白表达升高(P <0.05),白细胞介素6、基质金属蛋白酶13及ADAMTS-5的m RNA表达降低(P <0.05),Ⅱ型胶原及聚集蛋白聚糖m RNA表达升高(P <0.05);(3)结果表明,RAPA@Lipo@MS通过增强自噬控制体内细胞质量、减少体内的衰老细胞,局部清除骨关节炎中的衰老细胞和衰老相关分泌表型因子,以此减缓骨关节炎的进展,创造一个促再生的软骨微环境。

海藻酸盐基复合水凝胶培养乳腺癌类器官中钙离子的关键作用

背景:基质胶是当前培养肿瘤类器官的主要材料,但单纯基质胶不足以在体外模拟肿瘤生长的力学环境;在基质胶基础上引入海藻酸盐材料可提升水凝胶刚度,但水凝胶力学性能在长期培养中难以维持稳定。目的:在乳腺癌类器官培养体系中引入少量钙离子,观察其对基质胶-海藻酸钠水凝胶长期力学性能的维持作用。方法:(1)在恒定质量浓度(5 mg/m L)的基质胶中引入不同质量浓度(0,2.5,5 mg/m L)的海藻酸钠,分别制备低、中、高刚度水凝胶,使用流变仪定期测量水凝胶的力学性能。(2)将人三阴性乳腺癌细胞MDA-MB-231重悬于不同刚度的水凝胶预凝胶中,成胶后加入含(或不含)钙离子的乳腺癌类器官因子培养基,进行乳腺癌类器官培养,在设定的时间点,使用流变仪定期测量引入钙离子对水凝胶力学性能的影响,光学显微镜下观察乳腺癌类器官形态变化,统计第13天乳腺癌类器官成球率。乳腺癌类器官培养7 d后,加入不同浓度(0.1,1,10,100 nmol/L)的化疗药物多西他赛干预6 d,检测细胞活力,计算多西他赛的半抑制浓度IC_(50)。结果与结论:(1)海藻酸钠的加入有效提高了水凝胶的力学强度。(2)随着乳腺癌类器官培养时间的延长,水凝胶的力学强度均降低,培养第13天,中、高刚度水凝胶在含钙离子培养环境中的力学性能均显著高于在不含钙离子培养环境中的力学性能(P<0.05),低刚度水凝胶在两种培养环境中的力学性能无明显变化(P>0.05)。在长期培养中(13 d),中、高刚度水凝胶组乳腺癌类器官随水凝胶力学性能的下降由圆形转化为梭形,而引入钙离子后两组乳腺癌类器官形态不随培养时间延长而改变。在培养环境中引入钙离子对低刚度水凝胶组乳腺癌类器官成球率无影响,但可提升中、高刚度水凝胶组乳腺癌类器官成球率。(3)在不含钙离子的培养环境中,随着多西他赛浓度的升高,乳腺癌类器官的细胞活力均降低,3组水凝胶组间的IC_(50)无明显差异(P>0.05);在含钙离子的培养环境中,随着多西他赛浓度的升高,乳腺癌类器官的细胞活力均降低,中、高刚度水凝胶组乳腺癌类器官的细胞活力强于低刚度水凝胶组,IC_(50)高于低刚度水凝胶组(P<0.05)。(4)结果表明,在乳腺癌类器官培养体系中引入钙离子可维持基质胶-海藻酸钠水凝胶的力学性能。

负载槲皮素的羧甲基壳聚糖水凝胶促进糖尿病大鼠创面愈合

背景:槲皮素具有抗炎、抗癌、抗氧化、抗衰老、抗抑郁等药理作用,具有极高的药用价值。槲皮素可以促进正常大鼠创面的愈合,但是以槲皮素为主要成分的药物研发较少,限制了其在临床的广泛应用。目的:以水凝胶材料负载槲皮素,探讨槲皮素-羧甲基壳聚糖水凝胶在糖尿病大鼠创面中的应用效果。方法:①分别制备羧甲基壳聚糖水凝胶与槲皮素-羧甲基壳聚糖水凝胶,表征水凝胶的微观形貌、体外释药性能。②细胞实验:将小鼠L929成纤维细胞分4组培养,空白对照组常规培养,纯水凝胶组、药物组、载药水凝胶组分别加入羧甲基壳聚糖水凝胶、槲皮素溶液与槲皮素-羧甲基壳聚糖水凝胶,检测细胞增殖与迁移能力。③动物实验:取80只SD大鼠建立糖尿病模型,造模成功后在大鼠背部制作直径2 cm的全层皮肤缺损创面,随机分4组干预,空白对照组、纯水凝胶组、药物组、载药水凝胶组创面分别注射生理盐水、羧甲基壳聚糖水凝胶、槲皮素溶液、槲皮素-羧甲基壳聚糖水凝胶,每组20只,无菌纱布包扎固定。术后观察创面愈合情况、创面病理形态、炎症因子表达及血管生成情况。结果与结论:①扫描电镜下可见两种水凝胶的微观形貌相似,均呈疏松多孔的网络结构,并且槲皮素-羧甲基壳聚糖水凝胶具有良好的体外释药性能。②与空白对照组比较,其他3组细胞增殖与迁移率升高(P<0.05);载药水凝胶组细胞增殖与迁移率高于纯水凝胶组、药物组(P<0.05)。③载药水凝胶组大鼠术后5,11 d的创面愈合率高于其他3组;载药水凝胶组、纯水凝胶组、药物组大鼠术后18 d的创面愈合率基本达到100%,均高于空白对照组(P<0.05)。苏木精-伊红染色显示,载药水凝胶组大鼠术后18 d创面可见完整的皮肤与皮肤附属器,空白对照组、纯水凝胶组、药物组大鼠术后25 d创面可见完整的皮肤与皮肤附属器。载药水凝胶组大鼠创面术后5,11,18 d的创面肿瘤坏死因子α、白细胞介素6水平均低于空白对照组(P<0.05),术后11,18 d的创面转化生长因子β1水平低于空白对照组(P<0.05)。载药水凝胶组大鼠术后11,18 d的CD31、血管内皮生长因子αmRNA表达量均高于其他3组(P<0.05)。④结果表明,槲皮素-羧甲基壳聚糖水凝胶中的槲皮素可发挥调节炎症反应、促进血管新生的作用,可通过促进成纤维细胞的增殖与迁移,促进糖尿病大鼠创面的愈合。

富血小板纤维蛋白复合甲基丙烯酰化明胶水凝胶的促成骨性能

背景:富血小板纤维蛋白具有制备简单、制作费用低、安全性高等诸多优势,目前已被广泛应用于口腔颌面外科骨缺损修复研究中,但存在降解速度太快、生长因子释放时间短等问题。目的:将富血小板纤维蛋白负载于甲基丙烯酰化明胶水凝胶内,通过体内外实验分析其促成骨性能。方法:①抽取新西兰大白兔静脉血,制备富血小板纤维蛋白。分别制备含0,0.05,0.075,0.1 g富血小板纤维蛋白的甲基丙烯酰化明胶水凝胶,分别记为GelMA、GelMA/PRF-0.05、GelMA/PRF-0.075、GelMA/PRF-0.1,表征水凝胶的微观形貌与体外缓释性能。②将4种水凝胶分别与MC3T3-E1细胞共培养,以单独培养的细胞为对照,检测细胞增殖活性;成骨诱导后,检测细胞碱性磷酸酶活性、矿化能力、成骨相关基因(骨钙素、骨桥蛋白、RUNX2)mRNA与蛋白表达,ERK1/2-p38 MAPK通路蛋白mRNA与蛋白表达。③取15只新西兰大白兔。在每只兔颅骨部分别制备4个直径8 mm的全层骨缺损,其中1处缺损不植入任何材料(空白对照组),另3处缺损分别植入GelMA水凝胶、富血小板纤维蛋白、GelMA/PRF-0.1水凝胶。术后4,8,12周,进行骨缺损部位Micro-CT扫描与骨组织形态观察。结果与结论:①扫描电镜下可见4组水凝胶都具有蜂窝状的孔隙结构,并且随着水凝胶中富血小板纤维蛋白含量的增加,水凝胶的孔径轻微减小,但组间比较无明显差异;3组GelMA/PRF水凝胶均能以一定的速率释放转化生长因子β1与胰岛素样生长因子1,随着时间的延长,转化生长因子β1与胰岛素样生长因子1累计释放量显著增加。②CCK-8检测与活/死染色显示,3组GelMA/PRF水凝胶可促进MC3T3-E1细胞的增殖;碱性磷酸酶染色、茜素红染色及成骨基因检测结果显示,GelMA/PRF水凝胶可促进MC3T3-E1细胞的成骨分化,同时可抑制ERK1/2-p38 MAPK通路蛋白的表达,并且呈现富血小板纤维蛋白含量依赖性。③Micro-CT扫描显示,GelMA/PRF-0.1水凝胶组兔骨缺损处骨矿物质密度与骨体积分数均高于其他3组(P<0.05);苏木精-伊红染色显示,相较于其他3组,GelMA/PRF-0.1水凝胶组兔骨缺损处新骨形成更快、更成熟。④结果表明,GelMA/PRF水凝胶在体内外均具有良好的促成骨性能,该作用可能与抑制ERK1/2-p38 MAPK通路蛋白表达有关。

MXene基水凝胶在创面修复领域的应用

背景:MXene基水凝胶是一类纳米复合的多功能性水凝胶材料,在慢性创面(如糖尿病足、压疮、癌症及外伤性溃疡等)修复领域有广阔的应用前景。目的:综述MXene基水凝胶的优势及其在创面修复领域的应用和相关作用机制。方法:检索中国知网、维普、PubMed、Science Direct数据库中收录的文章,文献检索时限为2010年1月至2023年10月,中文检索关键词为“MXene,水凝胶,组织工程应用,创面修复”,英文检索关键词为“MXene,Hydrogel,Wound repair”,最终选取符合标准的70篇文献进行综述。结果与结论:MXene基水凝胶在创面组织工程应用中具有优异的力学、导电和光热性能及生物相容性和抗菌性等生物学功效,可以与其他有机物质和无机物质相结合,在水凝胶中产生更大的治疗作用。含有MXene的水凝胶可以结合创面监测、药物递送和缓释以及光热治疗等方式应用于皮肤创面。尽管MXene基水凝胶复合材料的设计和制备已经取得一些良好进展,但仍处于基础研究阶段,缺乏临床验证其功效性和安全性,具有很大发展潜力和应用空间。

紫丁香苷-壳聚糖水凝胶抑制椎间盘的退变

背景:有研究证实,椎间盘内注射紫丁香苷溶液可改善椎间盘的结构和功能,预防和减缓大鼠椎间盘退变过程,但是紫丁香苷的生物半衰期较短,难以在椎间盘内持续发挥作用,需要进一步提高其生物利用度。目的:观察紫丁香苷-壳聚糖水凝胶治疗大鼠椎间盘退变的作用,以及紫丁香苷治疗椎间盘退变的机制。方法:①细胞实验:将第2-5代大鼠髓核细胞分4组处理:正常对照组不进行任何处理,退变组加入白细胞介素1β(建立椎间盘退变细胞模型),药物组加入白细胞介素1β与紫丁香苷,抑制剂组加入白细胞介素1β、紫丁香溶液与磷脂酰肌醇3激酶抑制剂LY294002,处理24 h后,分别进行细胞凋亡、细胞外基质降解、氧化应激水平与凋亡相关蛋白及磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信号通路蛋白检测。②动物实验:制备紫丁香苷-壳聚糖水凝胶,检测其微观形貌与缓释性能。将30只SD大鼠随机分为模型对照组、模型干预组、水凝胶组、紫丁香苷溶液组、紫丁香苷水凝胶组,每组6只,均采用针刺法建立椎间盘退变模型,造模后即刻,模型干预组、水凝胶组、紫丁香苷溶液组、紫丁香苷水凝胶组大鼠椎间盘内分别注射PBS、壳聚糖水凝胶、紫丁香苷溶液与紫丁香苷-壳聚糖水凝胶,造模后8周取材进行组织学检测。结果与结论:①细胞实验:与正常对照组相比,退变组髓核细胞凋亡率、活性氧水平及BAX、cleaved caspase-9、cleaved caspase-3、基质金属蛋白酶13蛋白表达均升高(P<0.05),p-PI3K、p-AKT、BCL-2、Ⅱ型胶原蛋白表达降低(P<0.05),超氧化物歧化酶活性降低(P<0.05);与退变组相比,药物组髓核细胞凋亡率、活性氧水平及BAX、cleaved caspase-9、cleaved caspase-3、基质金属蛋白酶13蛋白表达均降低(P<0.05),p-PI3K、p-AKT、BCL-2、Ⅱ型胶原蛋白表达均升高(P<0.05),超氧化物歧化酶活性升高(P<0.05);LY294002可部分抑制紫丁香苷的作用。②动物实验:紫丁香-壳聚糖水凝胶呈现疏松多孔结构,并具有良好的缓释性能。苏木精-伊红与番红O-固绿染色显示,相较于模型对照组、模型干预组,壳聚糖水凝胶、紫丁香苷溶液与紫丁香苷-壳聚糖水凝胶均可不同程度地改善椎间盘退变情况,并且紫丁香苷-壳聚糖水凝胶的治疗作用要好于单独的水凝胶与药物溶液。③结果表明,紫丁香苷可通过激活PI3K/AKT信号通路调节氧化应激诱导的髓核细胞凋亡、细胞外基质降解,进而延缓椎间盘退变;相较于紫丁香苷单独注射给药,将紫丁香苷负载于壳聚糖水凝胶中可进一步延缓大鼠椎间盘退变的进程。

鹿茸干细胞外泌体复合水凝胶促进烫伤皮肤的修复

背景:近年来鹿茸干细胞及外泌体促进急性皮肤损伤修复的研究得到了越来越多的关注,但外泌体复合水凝胶促进烫伤修复的效果和机制仍不清楚。目的:探究鹿茸干细胞外泌体复合水凝胶对大鼠深Ⅲ度烫伤创面愈合速度和质量的影响及作用机制。方法:提取鹿茸干细胞外泌体和骨髓间充质干细胞外泌体并与Pluronic F-127复合制备温敏水凝胶,采用恒温恒压烫伤仪制备大鼠深Ⅲ度烫伤模型,分4组给药:鹿茸干细胞外泌体复合水凝胶组、骨髓间充质干细胞外泌体复合水凝胶组、人表皮生长因子凝胶组和空白组。观察烫伤大鼠创面皮肤的愈合情况并计算伤口愈合率;烫伤后28 d,苏木精-伊红染色观察创面愈合组织中皮肤附属结构生成情况,马松染色观察创面愈合组织胶原积累情况,免疫组化检测创面愈合组织中血管生成和炎症反应情况,qRT-PCR检测创面愈合组织中伤口愈合相关基因mRNA表达水平。结果与结论:①鹿茸干细胞外泌体复合水凝胶能显著提高大鼠深度烫伤的愈合速度,并通过促进皮肤附属结构的再生、增加真皮厚度和促进胶原累积来提高伤口愈合质量;②鹿茸干细胞外泌体复合水凝胶组创面愈合组织中肌成纤维细胞数量显著降低,新生血管和M2巨噬细胞数量显著增加;③鹿茸干细胞外泌体复合水凝胶组创面愈合组织中转化生长因子β3和Ⅲ型胶原的mRNA水平显著高于空白组,转化生长因子β1、基质金属蛋白酶3和Ⅰ型胶原的mRNA水平显著低于空白组,与骨髓间充质干细胞外泌体复合水凝胶组和人表皮生长因子凝胶组并无显著差异。综上所述,鹿茸干细胞外泌体复合水凝胶能提高大鼠深度烫伤的愈合速度和愈合质量,这可能是通过抑制成纤维细胞生成,促进血管生成、巨噬细胞M2极化和调节胶原生成/降解基因的表达实现的。

基于共价有机骨架的水凝胶固相萃取在农药检测中的应用

食品中农药残留超标对生物多样性以及人类健康造成潜在威胁。固相萃取技术广泛应用于农药的萃取,该方法的核心是吸附材料的选择。共价有机骨架(COFs)材料因其独特的优点在样品预处理中得到广泛的关注,而COFs的结构决定了材料的吸附性能,这对提高农药的萃取效果有重要作用。该研究制备了6种不同结构与性质的COFs(同一母体接枝不同官能团、具有不同带电性质、具有不同共轭结构),在不改变COFs结构的情况下,将其制备为COFs-海藻酸钠水凝胶(CACPs),建立了CACPs-分散固相萃取(CACPs-dSPE)方法,比较不同CACPs对氨基甲酸酯类、三唑类以及三嗪类农药的萃取效果。利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线晶体衍射等方法对系列COFs以及系列CACPs的形貌、结构与性质进行表征。CACPs-dSPE结合高效液相色谱(HPLC)或紫外-可见分光光度法(UV-Vis)探究萃取效果,并结合理论计算模拟COFs与待测物的结合情况,探讨了不同CACPs对氨基甲酸酯类、三唑类以及三嗪类农药的吸附机理。结果表明:CACPs对不同类型农药的吸附性能是由其多孔结构性质(比表面积、孔径大小)和所负载COFs的固有结构协调决定,大的共轭结构、接枝羟基基团的COFs所制备的CACPs最有利吸附三类农药,其中Dt-TAPB-CACPs的萃取效果最佳。这为萃取农药过程中吸附材料的选择和设计提供了理论指导。

聚丙烯酰胺/桃胶多糖/凹凸棒土杂化水凝胶的制备与吸附性能

采用氧化-还原聚合制备了聚丙烯酰胺/桃胶多糖/凹凸棒土杂化水凝胶(PAAm/PGP/ATP),以其作为吸附剂去除水溶液中阴离子染料新胭脂红。采用傅里叶红外光谱、热失重、扫描电子显微镜等手段对杂化水凝胶进行了表征,并研究了杂化水凝胶的吸附动力学、热力学和等温吸附行为。结果表明:通过氧化-还原聚合制备了含有微米孔道的杂化水凝胶,最大吸水率为11.2g/g。PAAm/PGP/ATP杂化水凝胶达到吸附平衡的时间为10min,吸附过程符合准一级动力学模型,为吸热的自发过程,且符合Langmuir等温线模型,杂化水凝胶对新胭脂红的最大吸附容量为504.5mg/g。

温敏抗菌水凝胶治疗感染性骨缺损

背景:治疗感染性骨缺损的传统方法为彻底清创、抗生素浸渍的骨水泥填充后进行自体骨移植,但存在抗生素浓度不足与耐药性、骨量有限等问题,因此,寻求在感染部位局部可控释放抗生素并促进骨修复的双功能生物材料具有重要临床意义。目的:设计一种基于透明质酸和氧化葡聚糖组成的可注射水凝胶作为万古霉素的局部给药系统,以求治疗感染的同时促进骨再生。方法:①制备载万古霉素的透明质酸/氧化葡聚糖水凝胶,表征水凝胶的形貌、力学性能与体外药物释放。②将透明质酸/氧化葡聚糖水凝胶、载万古霉素透明质酸/氧化葡聚糖水凝胶分别与兔骨髓间充质干细胞共培养,通过活死染色、CCK-8实验检测细胞活性与增殖;成骨诱导后,进行碱性磷酸酶染色、茜素红染色、RUNX2免疫荧光染色与RT-qPCR检测(骨钙素、骨形态发生蛋白2 mRNA表达),评估兔骨髓间充质干细胞的成骨分化。③将上述两种水凝胶分别与大肠杆菌(或金黄色葡萄球菌)共培养,检测水凝胶的抗菌能力。④取30只家兔,建立左侧桡骨中段1.5 cm感染性骨缺损模型,造模2周后随机分3组干预:空白组(n=10)不进行任何处理,对照组(n=10)骨缺损部位注射透明质酸/氧化葡聚糖水凝胶,实验组(n=10)骨缺损部位注射载万古霉素透明质酸/氧化葡聚糖水凝胶。注射12周后取材,分别进行Micro-CT扫描、组织形态观察、RT-qPCR检测(肿瘤坏死因子α、白细胞介素6 mRNA表达)、免疫组化染色。结果与结论:①载万古霉素透明质酸/氧化葡聚糖水凝胶具有良好的多孔结构,孔径在100-300μm之间,具有良好的力学性能与体外药物缓释性能。②活死染色、CCK-8实验证实载万古霉素透明质酸/氧化葡聚糖水凝胶具有良好的生物相容性;碱性磷酸酶染色、茜素红染色、RUNX2免疫荧光染色与RT-qPCR检测结果显示,两种水凝胶均可促进兔骨髓间充质干细胞的成骨分化。③相较于透明质酸/氧化葡聚糖水凝胶,载万古霉素透明质酸/氧化葡聚糖水凝胶可显著抑制大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的生长。④Micro-CT扫描结果显示,实验组骨缺损部位新生骨的骨体积分数、骨密度均高于空白组、对照组(P<0.05);骨组织形态观察结果显示,实验组骨缺损的修复效果优于空白组、对照组;实验组骨缺损部位肿瘤坏死因子α、白细胞介素6 mRNA表达均低于空白组、对照组(P<0.05);免疫组化染色显示,实验组、对照组骨缺损部位骨钙素、RUNX2蛋白表达均高于空白组(P<0.05)。表明载万古霉素透明质酸/氧化葡聚糖水凝胶能够有效促进感染状态下的骨再生。

智能水凝胶在药物控释系统的应用及研究进展

简述了智能水凝胶在药物控释系统中的应用及国内外研究进展。重点阐述了高分子水凝胶中的pH敏感、温敏、电场敏感、光敏感水凝胶和小分子水凝胶的结构、性质,以及作为释药载体在给药系统中的研究应用。

达芬奇机器人辅助聚丙烯酰胺水凝胶注射物取出即刻行假体乳房再造

目的:探究达芬奇机器人辅助聚丙烯酰胺水凝胶(Polyacrylamide hydrogel,PAAG)注射物取出即刻,行假体乳房再造的可行性和患者美学效果满意度。方法:回顾性研究分析2022年11月-2024年6月于笔者医院接受达芬奇机器人辅助聚丙烯酰胺水凝胶注射物取出即刻假体乳房再造的7例患者的医疗记录,评估手术结果和患者美学效果满意度。结果:本组7例患者,平均机器人镜下手术时间为(201.43±77.70)min,患者均未出现血肿、血清肿、感染、乳头乳晕复合体坏死等并发症,引流管完全拔除时间为(6.71±0.9)d。根据术后BREAST-Q问卷调查,7例患者均对手术美学效果表示满意。结论:达芬奇机器人辅助聚丙烯酰胺水凝胶注射物取出即刻假体乳房再造可精准、安全、有效地清除乳房PAAG及PAAG侵袭的腺体和组织,再造后的乳房健康美观。但此研究样本量较小,后期需要大量的临床实践予以验证。