構(gòu)建水凝膠實現(xiàn)關(guān)節(jié)鏡水壓環(huán)境下軟骨修復(fù)

　　近期，上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院林秋寧研究員、上海交通大學(xué)附屬第九人民醫(yī)院周廣東研究員聯(lián)合設(shè)計了一種超快、高強、強粘的雜化光交聯(lián)（Hybrid Photo-Crosslinking）水凝膠技術(shù)。該水凝膠技術(shù)能夠滿足關(guān)節(jié)鏡手術(shù)實施軟骨缺損修復(fù)的苛刻要求，即在水壓環(huán)境下實現(xiàn)光固化操作。通過該技術(shù)構(gòu)建水凝膠支架材料負載自體軟骨細胞，該團隊成功實現(xiàn)了大動物（豬）負重區(qū)關(guān)節(jié)軟骨缺損修復(fù)。相關(guān)工作以“Ultrafast， tough， and adhesive hydrogel based on hybrid photocrosslinking for articular cartilage repair in water-filled arthroscopy”為題發(fā)表在Science Advances。

　　關(guān)節(jié)軟骨損傷是臨床上最為常見的關(guān)節(jié)退行性疾病，發(fā)病率非常高，尤其是在中老年群體中。關(guān)節(jié)軟骨損傷往往造成關(guān)節(jié)軟骨的退行性病變，如骨關(guān)節(jié)炎，可以導(dǎo)致殘疾、關(guān)節(jié)運動期間的疼痛以及骨關(guān)節(jié)的變形，不僅嚴重影響患者的生活質(zhì)量，而且消耗了大量的醫(yī)療資源。軟骨組織既沒有神經(jīng)支配也沒有血管化，并且細胞密度極低，當(dāng)外力造成軟骨損傷時，機體缺乏必要的營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)，導(dǎo)致軟骨組織的修復(fù)再生能力十分有限。因此針對局限性軟骨缺損的中度退變患者，臨床上主要采用微骨折術(shù)或自體軟骨移植術(shù)進行治療。但是該類手術(shù)**于小范圍的軟骨缺損修復(fù)，其供體來源十分有限，且移植軟骨與周圍正常軟骨整合欠佳。

　　組織工程與再生醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展為解決上述難題提供了全新的策略—軟骨組織工程，即通過結(jié)合自體軟骨細胞和三維支架材料（如水凝膠材料）進行關(guān)節(jié)軟骨缺損修復(fù)的先進技術(shù)。隨著臨床上微創(chuàng)手術(shù)的普遍化，理想的軟骨組織工程支架材料需要與當(dāng)前的關(guān)節(jié)鏡手術(shù)相結(jié)合。與開放式手術(shù)不同，標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)節(jié)鏡操作過程需要一定的水壓（~10 kPa）將關(guān)節(jié)腔撐開，以便于手術(shù)觀察與操作，這對當(dāng)前的水凝膠技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)：要求材料能夠通過腔鏡器械準(zhǔn)確注射到缺損部位并在水下快速固化，固化后與周圍組織牢固粘合且在水壓環(huán)境下維持機械穩(wěn)定性。然而迄今為止，沒有任何一項水凝膠技術(shù)能夠突破這一技術(shù)壁壘。

　　基于此，上海交通大學(xué)林秋寧/周廣東團隊設(shè)計了一種新型的雜化光交聯(lián)水凝膠系統(tǒng)，通過將該團隊特色的光致亞胺交聯(lián)策略和傳統(tǒng)的光引發(fā)自由基聚合交聯(lián)策略結(jié)合，實現(xiàn)一次光照秒級構(gòu)建高強、高粘的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。如圖1所示，除了透明質(zhì)酸高分子上雙建官能團的快速聚合交聯(lián)外，另一透明質(zhì)酸高分子上的鄰硝基芐醇在光照下生成的醛基，能夠與明膠或周圍組織上的氨基反應(yīng)，從而實現(xiàn)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架材料的一步構(gòu)建、以及膠層與周圍組織的化學(xué)鍵鍵合固定。該類凝膠技術(shù)具有超快的交聯(lián)速度（約1 s）、較高的力學(xué)性能（約2 MPa）、優(yōu)異的組織粘附能力（凝膠-軟骨界面強度：縱向拉伸力16.4±1.2 kPa；橫向剪切力29.0±3.2 kPa）。