Biomacromolecules | 透明质酸和聚三亚甲基碳酸酯的混合网络用于组织再生

分享一篇近期发表在Biomacromolecules上的文章，Hybrid Networks of Hyaluronic Acid and Poly(trimethylenecarbonate) for Tissue Regeneration。这篇文章的通讯作者是荷兰特温特大学的André A. Poot教授。

透明质酸(HA)是一种天然多糖，是结缔组织的主要细胞外成分，在伤口愈合过程中发挥重要作用。HA含有官能团，即羧基和羟基，可用于化学改性和定制材料的性能，应用光交联甲基丙烯酸酯可合成功能化的HA水凝胶，具有无细胞毒性和固有的生物活性等优点，在软组织再生方面广泛应用。然而，这种水凝胶表现出较差的机械性能。其降解迅速以及合成程序复杂限制了其在承重组织再生中的应用。增强HA网络结构完整性的一种策略是将其与合成聚合物结合，为了提高HA基水凝胶的力学性能，作者制备了由亲水HA和疏水聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)组成的新型杂化水凝胶。与先前报道的HA基杂化水凝胶相比，所制备的水凝胶具有更好的弹性和韧性，其网络与人骨髓间充质干细胞具有良好的相容性，有望成为组织再生的新型生物材料。

作者首先对HA进行了甲基丙烯酸的功能化(图1)，通过¹HNMR光谱对HA的功能化进行了表征。数据表明，HAMA的功能化程度受甲基丙烯酸酐(MA)的量和反应过程中pH的影响。

图1. HAMA的合成及表征

如图2所示，作者通过开环聚合合成了三臂状的PTMC寡聚物，并在三乙胺(TEA)催化下以MA进行末端功能化，制备了功能化三臂状PTMC (PTMC-tMA)。

图2. PTMC-tMA的合成及表征

进一步的，作者制备了不同PTMC-tMA∶HAMA比值的混合网络。以100:0、75:25、50:50、25:75和0:100 (w/w)的不同比例混合。PTMC-tMA在DMSO pH 2.7溶液中溶液清澈透明，而HAMA在DMSO pH 2.7溶液中均质但浑浊。在光引发剂的作用下，甲基丙烯酸酯功能化聚合物通过加成反应聚合，形成聚甲基丙烯酸酯交联，从而形成水凝胶网络(图3)。

图3.不同PTMC-tMA:HAMA比例的高分子混合物图像以及制备的水凝胶网络在DMSO pH 2.7条件下的肿胀照片

作者对水凝胶的物理性质作了进一步的表征，所有网络的凝胶含量均高于82%。由于HAMA的亲水性，其含量增加，网络的吸水率增加，这种优异的吸水率能为组织修复创造水合的环境，促进营养的供应。与吸水结果一致，水接触角测量结果表明亲水性增加，水接触角减小，表明表面润湿性增加。图4展示了水凝胶网络的形态。

图4. PTMC-tMA:HAMA网络表面和截面的SEM图像

对于组织工程应用来说，工程结构的缝合是最重要的。作者对水凝胶网络的韧性进行了定量评估。加入PTMC后，缝线保持强度(SRS)增加，50:50的PTMC- tma:HAMA混合网络的SRS达到5.3 N/mm。该数值显著高于其他混合网络以及100% PTMC-tMA网络。在该研究中，作者还测定了猪主动脉和颈动脉的SRS，与报告的人股动脉、隐静脉和乳内动脉的值相对应，表明该网络与血管组织具有良好的缝合性。图5展示了100:0、75:25和0:100 PTMC-tMA:HAMA网络培养7天的细胞活/死染色图像。视野中未观察到死亡细胞。总体实验结果显示，这种多孔结构可以允许杂化水凝胶中进行细胞接种。

图5. 细胞在水凝胶网络上培养7天后的活/死染色图像

总的来说，为了改善HA基水凝胶的力学性能，作者制备了一种由亲水性HA和疏水性PTMC组成的新型韧性杂化水凝胶。解决了HA水凝胶不能缝合，不适用于承重组织的再生的缺陷。作者利用不同比例的功能化聚合物成功地进行了光交联，得到了具有不同性能的混合网络。验证了增加混合网络的HAMA含量可以降低表面的水接触角，提高网络的吸水率,表征了该网络与人骨髓间充质干细胞良好的相容性。总之，这种具有韧性和弹性的混合网络在组织工程应用中是有前景的新型生物材料。

作者：JXD 审校：WLT

DOI: 10.1021/acs.biomac.2c00861

Link: https://doi.org/10.1021/acs.biomac.2c00861