软组织再生力医学

创伤、疾病和衰老造成的软组织、器官缺损或衰退对人类健康带来极大负担,软组织再生技术为解决上述问题带来了希望。近年来,随着生物力学、力学生物学与再生医学多学科交叉研究日益深入,力学逐渐成为调控软组织再生的关键因素之一。尽管如此,目前临床对于软组织的力学特性缺乏深入认识,也未完全掌握其在软组织疾病诊疗及软组织缺损修复中的潜在价值。本文通过总结国内外相关研究进展,提出“软组织再生力医学”这一概念。随后,从软组织多尺度生物力学、软组织再生力学生物学、软组织再生力医学技术及软组织再生力医学应用4个方面,系统描述力学因素对软组织发育和再生的影响机制。最后,对力医学应用于临床软组织疾病诊疗及软组织缺损修复的潜能进行展望,为软组织再生力医学的发展提供新方向。

力学诱导三维水凝胶纤维定向排列及其在骨骼肌再生中的应用

目的正确的细胞微环境是生物体内组织和器官发育成熟的基础,尤其是在骨骼肌中,临床研究发现错误的胞外基质(ECM)排列及力学载荷的缺失是导致肌肉萎缩的重要原因,因此构建正确的结构微环境和力学微环境是形成成熟骨骼肌的基础。为了能够在体外进行骨骼肌的构建,需要开发一种能够在三维环境中协同调控胞外基质结构及力学载荷且便于操作的平台,并研究其作用机制,为临床上治疗肌肉疾病提供可能。方法开发一种三维磁驱动胶原水凝胶平台。

力学增强型水凝胶纤维的制备及其生物相容性评价

针对天然水凝胶纤维力学性能及成形性能差的问题,结合微流控和光交联的方法,高通量制备了一种力学增强型海藻酸钠/明胶甲基丙烯酸酯复合水凝胶材料。研究了微流控喷头尺寸、水凝胶单体浓度对水凝胶纤维成形性能、水凝胶力学特性及结构特征的影响。结果表明:制备的水凝胶纤维边缘光滑,直径(390±50μm)较为均一,具有良好的操作性及可控性;随着海藻酸钠和明胶甲基丙烯酸酯单体浓度的增高,水凝胶弹性模量升高,SEM结果显示其片层微结构更为致密。进一步测试了水凝胶纤维的生物相容性,细胞实验结果表明,培养至第5天时,水凝胶中细胞的存活率稳定维持在80%以上,证明所制备的水凝胶具有良好的生物相容性,适宜细胞生长。动物实验结果表明,当凝胶植入动物体内1周后,周围的皮下组织很正常;在第3周时,凝胶周围的炎症反应明显减轻,材料也出现一定程度的降解。研究力学增强型海藻酸钠/明胶甲基丙烯酸酯复合水凝胶,有望于实现三维肌肉微组织模型的高通量构建。

基于甲基丙烯酸酯明胶的神经干细胞三维微环境的构建调控

神经干细胞(neural stem cells,NSCs)移植疗法是治疗创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)的一种具有潜力的解决方法。但NSCs移植后存活率低且难以定向分化为功能性的神经元,因而无法高效地促进创伤脑组织的再生。研究采用甲基丙烯酸酯明胶(gelatin methacryloyl,GelMA),通过调控GelMA的取代度和浓度,制备了具有不同力学性能的GelMA水凝胶,用于NSCs的三维包埋和培养。研究结果表明,GelMA具有良好的生物相容性,可促进NSCs的生长和分化;并且,通过对载细胞GelMA水凝胶施加拉伸载荷,可有效促进NSCs在GelMA中的定向铺展。研究结果对体外神经组织构建、三维细胞微环境调控及神经组织再生等具有参考价值。