暨南大学郭瑞研究员团队 AFM：一种新型3D打印双层颅-脑补片用于同时治疗创伤性脑损伤和颅骨缺损

2024-01-24 来源：高分子科技

创伤性脑损伤（TBI）是一种高死亡率的疾病，通常伴随一系列继发性损伤，包括颅内压升高、脑灌注不足和神经功能恶化等。临床上通常采用去骨瓣减压术减轻TBI引发的高颅内压。术后骨瓣缺损部位失去屏障保护，致使受损脑实质暴露于二次损伤的高风险中。近年来，许多研究使用水凝胶支架作为促进骨组织再生的植入物用于颅骨缺损治疗。然而，TBI导致的脑组织炎症仍是去骨瓣减压术后的一项重大挑战，目前却几乎没有文献报道用于去骨瓣减压术的水凝胶支架同时促进TBI炎症的改善。

近期，暨南大学郭瑞研究员团队，开创性地设计了一种以甲基丙烯酰化丝素蛋白（SFMA）为水凝胶材料的仿生双层颅-脑补片（SMB6）。该研究利用3D打印技术制备不同图案的双层异质结构水凝胶支架以实现颅骨缺损和创伤性脑损伤的同时修复。补片的第一层加入高浓度介孔生物活性玻璃（MBG）模仿天然骨骼多孔结构以提供骨诱导微环境，实现骨间充质干细胞（BMSCs）的粘附、迁移、增殖和成骨分化。补片的第二层负载包裹巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）和白细胞介素-6（IL-6）的仿生小胶质细胞，避开低药物递送率的血脑屏障，改善TBI后的炎症微环境以破坏继发性伤害之间的级联反应，促进血管和神经功能改善。这项研究工作不仅引入了一种有潜力的TBI治疗策略，还为颅骨补片的临床转化提供了新见解。该工作以“A Novel 3D Printed Bi-layer Cranial-brain Patch Promotes Brain Injury Repair and Bone Tissue Regeneration”为题发表在《Advanced Functional Materials》上，暨南大学生物医学工程系郭瑞研究员为论文通讯作者，硕士生周莉明为第一作者。本研究得到国家重点研发计划、广东省重点研发计划和广东省自然资源厅海洋经济发展项目的支持。

图1 双层颅-脑补片用于同时治疗创伤性脑损伤和颅骨缺损

该研究分别构建了小鼠TBI模型和大鼠颅骨缺损模型以探究颅脑-补片在不同疾病模型中的治疗功效。在TBI模型中，SMB6的治疗表现出显著的抑制脑水肿和炎症改善功效。接着，该研究进一步探究了小鼠的神经功能和血管恢复情况。行为学实验结果显示SMB6治疗组小鼠的神经功能严重程度明显减轻，且表现出更强的认知探索和学习记忆能力。高精度显微光声成像结果显示对照组小鼠脑部呈现多处出血和肿胀畸形的血管结构，而SMB6治疗组仅呈现轻微肿胀的血管结构。上述实验结果表明，颅-脑补片SMB6的治疗阻断了继发性损伤之间的级联反应，有效抑制了脑水肿并促进血管和神经功能的恢复。

图2 SMB6用于小鼠脑部水肿和炎症恢复的评价

图3 SMB6用于小鼠脑部神经功能和血管恢复的评价

在大鼠颅骨缺损模型中，CT结果显示SMB6治疗组颅骨缺损部位呈现大量新生骨组织。免疫组织化学结果显示治疗组呈现更多的骨桥蛋白（OPN）和骨钙素（OCN）表达。这些实验结果表明补片促进颅骨再生的潜力。

图4 SMB6用于大鼠缺损颅骨再生的性能评价

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202314330

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（责任编辑：xu）

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