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一種高保真柚皮苷衍生生物墨水加速了軟骨缺損修復(fù)

更新時間：2022-08-25點擊次數(shù)：1574


3D生物打印技術(shù)加速了健康科學(xué)研究的發(fā)展貢獻力量，如組織工程與再生醫(yī)學(xué)更加廣闊、藥物篩選和開發(fā)等規劃。生物墨水是3D生物打印技術(shù)的基本組成部分，目前廣泛應(yīng)用的生物墨水主要是由明膠可以使用、透明質(zhì)酸基礎上、海藻酸鹽、絲素蛋白和PEG等常用生物醫(yī)用高分子衍生物構(gòu)成應用領域，其種類和功能有限保持競爭優勢，需進(jìn)一步開發(fā)和拓展特異性組織再生的醫(yī)用功能化生物墨水。


由植物和微生物產(chǎn)生的天然化學(xué)物質(zhì)具有廣泛的生物活性和高度的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)，是一種極.具應(yīng)用潛力的醫(yī)療資源長效機製。研究發(fā)現(xiàn)天然黃酮糖苷類化合物含有至少一個共軛大π鍵和多個共軛雙鍵法治力量，可以在一定波長范圍內(nèi)吸收光，因此推測黃酮糖苷類化合物基生物墨水在光輔助打印過程中或許可以吸收散射光分享，提高打印產(chǎn)品的形狀保真度共享。另一方面，黃酮糖苷類化合物具有抗氧化方式之一、抗炎和抗凋亡特性生動，被用于治療骨質(zhì)疏松、風(fēng)濕病和神經(jīng)退行性疾病等臨床前研究創新能力。然而新品技，由于其生物利用度低，限制了其在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用求得平衡。因此紮實做，研究黃酮糖苷類化合物衍生物基生物墨水來提高3D生物打印保真度及黃酮糖苷類化合物在組織工程等醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的生物利用度是有顯著科學(xué)意義的。與口服黃酮糖苷類藥物相比至關重要，3D生物打印黃酮糖苷類化合物基生物墨水可將黃酮糖苷類分子的生物活性直接傳遞至鄰近細(xì)胞被有效利用提供深度撮合服務。鑒于其有望改善打印保真度、促進(jìn)組織再生修復(fù)的發生，將黃酮糖苷類化合物基生物墨水稱為醫(yī)用生物墨水組成部分。

為了驗證這一假設(shè)并建立生物活性醫(yī)用生物墨水的研發(fā)方案，湖南大學(xué)劉海蓉教授課題組提出了一種基于柚皮苷衍生物的新型醫(yī)用生物墨水新的動力，該生物墨水可顯著提高3D打印保真度的過程中，極大地提高了軟骨缺損修復(fù)效率（圖1）。相關(guān)論文在線發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry B》廣泛認同，湖南大學(xué)黃宇婷為本文第一作者，劉海蓉更高效、周征為通訊作者全面協議，韓曉筱課題組為本文3D生物打印提供了支持。


圖1 一種可提高3D打印保真度的柚皮苷衍生的生物墨水加速了軟骨缺損修復(fù)具體而言。



柚皮苷（NAR）衍生的生物墨水材料（NARMA-GELMA bioink）由甲基丙烯豕ぞ?；制ぼ眨∟ARMA）和甲基丙烯酰化明膠（GELMA）組成喜愛，在405 nm光照條件下可快速固化成型重要的角色。圖2結(jié)果證明了植物源活性因子黃酮糖苷類化合物柚皮苷和天然高分子明膠的甲基丙烯酰化改性成功向好態勢，表明NARMA和GELMA具有光聚合交聯(lián)能力平臺建設。接著，采用摩方精密nanoArch S140打印機研究載細(xì)胞生物墨水的生物打印性能，結(jié)果如圖3所示使用，相比于經(jīng)典的GELMA生物墨水大幅拓展，光固化打印NARMA-GELMA生物墨水結(jié)果表明該生物墨水的生物打印結(jié)構(gòu)完整性好、形狀保真度高更加堅強，這一優(yōu)異的光固化結(jié)果得益于NARMA在405 nm處有光吸收特性（圖2B）與時俱進。并且該打印過程條件溫和，細(xì)胞存活狀態(tài)良好初步建立。最后采用兔關(guān)節(jié)軟骨缺損模型驗證了NARMA-GELMA生物墨水的軟骨缺損修復(fù)性能綜合運用，結(jié)果如圖4所示，聯(lián)合自體軟骨細(xì)胞的NARMA-GELMA生物墨水修復(fù)兔關(guān)節(jié)軟骨缺損一個月后的方法，NARMA-GELMA水凝膠組處理的組織表面光滑實事求是、與宿主組織的界面整合程度高、骨軟骨界面清晰持續，在組織學(xué)層面上形成了大量的軟骨樣陷窩結(jié)構(gòu)等多個領域，分泌了豐富的蛋白聚糖和二型膠原成分。特別是產品和服務，NARMA-GELMA水凝膠組中軟骨細(xì)胞呈清晰的梯度排列應用擴展，與天然軟骨相似。表明NARMA-GELMA生物墨水有利于軟骨樣組織的形成增多，可提高軟骨修復(fù)效率活動上、能有效促進(jìn)體內(nèi)關(guān)節(jié)軟骨缺損再生修復(fù)。該研究拓展了生物墨水材料進一步推進，為特異性組織再生的醫(yī)用功能化生物墨水的研究提供了一種新策略安全鏈。


圖2 改性柚皮苷和改性明膠的表征。柚皮苷改性前后的FTIR圖(A)創新為先、UV-Vis圖(B)和1H NMR譜(C)真正做到；明膠改性前后的FTIR圖(D)、UV-Vis圖(E)和1H NMR譜(F)創新延展。


圖3 采用摩方精密nanoArch S140打印機制備由柚皮苷衍生生物墨水和改性明膠生物墨水轉(zhuǎn)化的水凝膠結(jié)構(gòu)強化意識。(A)3D生物打印的CAD模型和切片圖案；(B)3D生物打印結(jié)構(gòu)的宏觀照片基本情況；(C) 3D生物打印結(jié)構(gòu)的活細(xì)胞熒光染色圖片現場。


圖4 生物墨水原位修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損一個月后的大體觀和組織學(xué)染色結(jié)果。(A)大體觀力量；(B)蘇木素-伊紅染色（H&E）我有所應；(C)番紅/固綠染色（SO/FG）；（D）馬松染色（Masson）深入實施；（E）二型膠原的免疫組化染色（IHC）至關重要；（F）ICRS大體觀評分發展空間；（G）O`Driscoll 組織學(xué)評分。