《先进功能材料》内封面：自组装多肽水凝胶复合支架用于骨软骨缺损修复

　　关节软骨缺损是临床上的常见疾病,晚期可导致骨性关节炎。严重的软骨损伤会累及软骨下骨，造成软骨并软骨下骨的全层缺损。由于软骨和软骨下骨的不同结构和功能，一体化修复骨软骨缺损面临诸多困难。研究团队利用β折叠自组装多肽水凝胶（SAPH）对3D打印聚己内酯 (PCL)支架进行表面修饰，设计了一种具有三维仿生结构的骨软骨缺损修复支架。

　　自组装多肽水凝胶支架是一种理想的组织工程支架材料，能够为细胞的增殖与分化提供接近于天然细胞外基质的微。然而，在骨组织工程的应用中，水凝胶体系存在力学性能不足的问题。本文以3D打印PCL作为骨架材料，将自组装多肽水凝胶涂覆于PCL纤维表面，并填充在PCL支架间隙中，构建SAPH-PCL复合支架。自组装多肽水凝胶的苯环侧链形成的疏水片层与PCL结构中的重复单元-[O(CH2)5CO]n-之间具有强疏水作用力，使得PCL能够稳定存在于自组装多肽水凝胶的β折叠片层中，从而实现PCL疏水表面的凝胶涂层修饰(图1)。实验结果表明，由于自组装多肽水凝胶的介入，PCL表面的亲水性显著增加（图2D）。另外，由于自组装多肽水凝胶的类细胞外基质（ECM）结构，使得PCL骨架的微米孔道中进一步搭载形成纳米纤维网络构架，这一复合结构能有效避免营养物质的过快流失，同时维持细胞生长的三维微，促进软骨基质和成骨基质分层沉积，重构骨软骨缺损区域的微。研究结果表明，和未做修饰的PCL支架相比，兔骨髓间充质干细胞（rBMSCs）和软骨细胞在SAPH-PCL支架中的增殖、黏附水平显著增加；同时，SAPH-PCL支架促进了rBMSCs的成骨分化、软骨细胞的表型维持；在8周，12周的兔体内骨软骨缺损模型中展示了良好的再生效果。（图3-4）

　　图1. PCL通过分子间疏水作用力包载于自组装多肽水凝胶的β折叠片层中，实现表面的亲水性涂层。构建的SAPH-PCL复合支架有助于骨软骨ECM的分层沉积。

　　图2. A）PCL和SAPH-PCL实物图和SEM表面形貌表征；B）FTIR表征；C）茚三酮比色量多肽在PCL表面负载量；D）水接触角表征PCL和SAPH-PCL复合支架的表面亲水性E）优化后的SAPH（0.5%，1.5%，3.0%）流变学表征。

　　图3. A）兔软骨细胞在PCL和SAPH-PCL中生长1天的活死细胞荧光染色图和生长3天的SEM图；B）兔软骨细胞和rBMSCs在PCL和SAPH-PCL支架中7天增殖结果。C）兔软骨细胞和rBMSCs在PCL和SAPH-PCL中14天的分化结果

　　图4. SAPH-PCL促进骨和软骨分层再生。A-B）软骨基质和新骨形成的组织学分析C）新生骨形成的Micro-CT检测。

　　本研究通过自组装多肽水凝胶修饰PCL疏水表面，构建了一种三维仿生复合支架，为骨软骨缺损修复提供了一种新的治疗方法，这一复合支架在生物医学领域和临床上具有广阔的应用前景。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省重点研发计划、江苏省研究生实践创新计划等项目的支持。

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