|《AFM》天津大学刘文广团队：3D 打印高强度超分子聚合物水凝胶( 三 )

图5. a) 3D 打印的 PCL 和 PNAGA 缓冲的 PCL 半月板替代物在兔模型中的植入过程：i) 皮肤组织和筋膜组织的切口；ii) 切断内侧副韧带并打开膝关节囊；iii) 半月板切除术；iv) 半月板替代物的植入；v) 缝合内侧副韧带并闭合膝关节囊；vi)缝合皮肤组织和筋膜组织。 b) 术后 4、8 和 12 周（4、8 和 12 w）对股骨髁（FCs）和胫骨平台（TPs）以及半月板植入物的宏观观察（比例尺：1 cm）。仅暴露半月板的家兔为假手术组，仅行半月板切除术的家兔为半月板切除组。实验组在兔双膝内侧半月板全半月板切除后分别植入PCL和PCL-PNAGA半月板植入物。胫骨平台上 PCL 和 PCL-PNAGA 半月板植入物的位置用红色虚线圈出。 c) 国际软骨修复协会 (ICRS) 评估软骨退化的评分。数据表示为平均值 ± SD 。 n = 4 。半月板支架的体内植入3D打印PCL-PNAGA半月板替代物在兔模型中的植入过程如图5a所示。通过宏观观察和国际软骨修复协会(ICRS)评分来检测PCL-PNAGA半月板支架的软骨保护作用(图5bc) 。图5b为兔膝FC和TPs以及植入支架表面的宏观照片。半月板切除术组在4周和8周后，股骨和胫骨表面出现散在性裂隙，植入时间较长，甚至出现较大裂隙，软骨下骨外露。相比之下， PCL-PNAGA组的FC和TPs呈现完整光滑的表面，与假手术组相似。即使在12周后， PCL-PNAGA组仅观察到轻微的软骨表面侵蚀(图5b) 。
图6. a) 术后 4、8 和 12 周（4、8 和 12 w）股骨髁（FCs）和胫骨平台（TPs）的组织学评估。 H&E：苏木精和伊红染色， SOFG：番红 O-fast green 染色。仅暴露半月板的家兔为假手术组，仅行半月板切除术的家兔为半月板切除组。对于实验组，在兔双膝内侧半月板全半月板切除后，分别将PCL和PCL-PNAGA半月板植入物移植到膝关节（比例尺：500 μm）。 b) 国际骨关节炎研究协会 (OARSI) 评分评估软骨退化。数据表示为平均值 ± SD 。 n = 4 。使用单向方差分析 (ANOVA) 计算 p 值，然后进行事后 Bonferroni 检验。总结总之，该团队设计并制造了一种机械强度高的超分子聚合物水凝胶注入刚性聚（ε-己内酯）（PCL）人工半月板，以概括天然半月板的微结构。 PCL 纤维框架首先以径向和圆周方向进行 3D 打印，以模拟天然半月板中的胶原纤维，用于提供圆周拉伸支撑。然后将氢键增强的非膨胀性聚（N-丙烯酰甘氨酰胺）（PNAGA）水凝胶作为蛋白聚糖样缓冲层和具有抵抗轴向压缩载荷能力的能量吸收层填充到 3D 打印的 PCL 框架中，形成集成PCL-PNAGA半月板替代品，周向杨氏模量为20.146±1.369 MPa ，径向为10.426±1.539 MPa ，压缩模量为1.11±0.14 MPa ，撕裂能为17.00±2.07 kJ m-2 ，具有目的是消散外部能量并减少磨损。将 3D 打印的 PCL-PNAGA 半月板替换物植入兔子膝关节 12 周。体内结果表明结构稳定性和有效防止软骨磨损，同时改善骨关节炎的发展。这种具有精细仿生微架构和各向异性生物力学的 PCL-PNAGA 半月板替代品可能代表了临床前应用中半月板替代的有前景的策略。
相关论文以题为“3D Printed High-Strength Supramolecular Polymer Hydrogel-Cushioned Radially and Circumferentially Oriented Meniscus Substitute”发表在在《Advanced Functional Materials》上。通讯作者是天津大学刘文广教授。参考文献：
doi.org/10.1002/adfm.202200360