關節軟骨組織中沒有血管、淋巴、神經組織，一旦發生損傷或退化病變後難以自修復。軟骨組織的損傷經常伴隨軟骨下骨的病變，仿生骨和軟骨組成和結構的分層多孔支架被認為是修復骨軟骨組織的方法之一。

復旦大學聚合物分子工程國家重點實驗室主任丁建東教授與實驗室PI、上海華山醫院陳世益教授合作，利用3D列印技術，一步法連續構建雙層多孔水凝膠支架，在沒有負載外源性細胞或生長因子的情況下，成功地誘導骨軟骨組織修復再生，並發現溶脹的水凝膠支架的孔隙和力學效能對組織修復再生有重要影響。

圖1 一步法連續3D列印構建的雙層支架的組成結構及其在骨軟骨修復中的應用丁建東教授團隊運用了其所化學改性的明膠大單體gelMA水體系隨溫度降低呈現sol-gel轉變之間的特徵，並提出了“初生凝膠”的概念，即，在合適的改性程度、濃度、溫度條件下，剛低於相轉變點所形成的水凝膠具有顯著的非牛頓流體行為，呈現強烈的剪下變稀和自修復能力，由此解決了擠出成型中方便擠出和保持塑型的兩難問題，進一步將物理凝膠化和化學凝膠化相結合，獲得了較為理想的交聯明膠GelMA水凝膠多孔支架。調節3D列印的梁間距，製備了一系列雙層多孔水凝膠支架。綜合結合支架的力學效能、體外細胞遷移和增殖實驗以及體內的兔關節軟骨-軟骨下骨的再生修復。研究發現在溶脹的水凝膠支架中，中等合適的孔隙能保證細胞的充分遷移、營養的充分輸送並且提供必要的力學效能。最佳化條件下再生的關節軟骨的微觀結構呈現正常的組織學形態。

圖2 3D列印水凝膠支架用於骨軟骨修復再生的關鍵因素

圖3 再生關節軟骨及其周邊的組織學顯微圖片

以上相關成果在Advanced Healthcare Materials發表 。論文的共同第一作者是復旦大學高分子科學系高鏡銘博士生和華山醫院運動醫學研究所丁孝權博士，通訊作者為華山醫院陳世益教授和高分子科學系丁建東教授。

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https://doi.org/10.1002/adhm.202001404