可注射性甲基丙烯酸酐改性明胶/软骨源性基质微粒复合水凝胶支架的制备及生物相容性

摘要

背景:关节软骨的再生修复目前仍是充满挑战的医学难题,构建可仿生细胞生长微环境的可注射水凝胶支架对关节软骨的再生具有重要意义.目的:制备可注射甲基丙烯酸酐改性明胶/软骨源性基质微粒(gelatin-methacryloyl/cartilage-derived matrix particles,GelMA/CDMPs)复合水凝胶支架,并评价其生物相容性.方法:①通过物理粉碎和化学酶法制备软骨源性基质微粒,通过甲基丙烯酸酐接枝明胶制备甲基丙烯酸酐改性明胶,并以两者为原料,制备5种不同质量浓度的GelMA/CDMPs复合水凝胶支架(其中软骨源性基质微粒的质量浓度分别为0,5,10,20,30 g/L),通过力学测试确定力学性能最佳的软骨源性基质微粒质量浓度用于细胞实验;②将兔骨髓间充质干细胞接种至GelMA/CDMPs复合水凝胶支架中,置于成软骨培养基中共培养(实验组);将兔骨髓间充质干细胞接种至甲基丙烯酸酐改性明胶水凝胶支架中,置于成软骨培养基共培养(对照组),通过细胞死活染色和CCK-8细胞增殖实验评估两组支架内的细胞活性及细胞增殖能力;通过细胞骨架荧光染色观察支架内细胞的形态和伸展扩散能力;通过组织学染色和糖胺多糖定量评估支架促进细胞分泌软骨基质的能力.结果 与结论:①力学测试表明,GelMA/CDMPs 10 g/L复合水凝胶支架的压缩模量高于其他组(P<0.05),后续实验选择该质量浓度;②活死染色显示,两组支架内培养1,5 d的细胞活性均在90％以上;CCK-8细胞增殖实验显示,实验组培养3,5 d的细胞增殖快于对照组(P<0.05);③培养7 d的细胞骨架荧光染色显示,对照组的细胞为球形形态,只有少部分细胞形成丝状伪足,实验组的细胞呈伸展的不规则多边形;④培养21 d的组织学与免疫组化染色显示,两组支架内的细胞形态与软骨细胞相似,实验组可见更多的软骨基质分泌;⑤实验组培养7,21 d的糖胺多糖含量高于对照组(P<0.05);⑥结果表明,GelMA/CDMPs复合水凝胶支架可更好地模拟软骨细胞生长微环境,进而促进骨髓间充质干细胞的生长、增殖和成软骨分化.