长期以来，精确制造微尺度脉管系统（MSV）一直是组织工程学中尚未解决的挑战。当前，光辅助打印是最常见的方法。然而，这种方法通常与复杂的制造过程，高成本以及对特定的光敏材料的需求有关。最近，上海交通大学医学院附属第九人民医院王金武教授团队采用热响应水凝胶在37°C时引起体积收缩，从而无需复杂操作流程即可进行MSV工程设计。
热敏水凝胶由热敏聚（N-异丙基丙烯酰胺）和生物相容性甲基丙烯酸明胶（GelMA）组成。在细胞培养中，热响应性水凝胶表现出明显的体积收缩，并有效触发了更小尺寸MSV的产生。结果表明，较高浓度的GelMA阻止了收缩，而热响应水凝胶在37°C的水和空气中表现出不同的行为。可以使用牺牲藻酸盐纤维有效地制造MSV，并且获得的最小MSV直径为50 µm。人脐静脉内皮细胞在MSV中形成内皮单层。骨肉瘤细胞在热响应性水凝胶中保持较高的生存能力，体内实验表明MSV为宿主血管的灌注提供了一个部位。该技术可能有助于开发制造MSV的简便方法，并证明了在组织再生中临床应用的强大潜力。相关论文以题为Fabrication of Thermoresponsive Hydrogel Scaffolds with Engineered Microscale Vasculatures发表在《Advanced Functional Materials》上。
【主图导读】
图1a）通过湿纺制备牺牲藻酸盐纤维（SAF）。b）示意图显示了在P/G水凝胶中的微尺度脉管系统（MSV）的制造。c）皮下植入后MSV内的宿主血管向内生长。
图2a）P/Gx水凝胶结构在37°C的空气中的热响应行为。b）P/Gx水凝胶构建体面积的变化（每组n = 3）。c）在37°C下孵育60或70分钟后，P/Gx水凝胶构建体的收缩率。d）P/Gx水凝胶在N2中于5°C min-1下第二次加热得到的DSC曲线，并显示VPTT的吸热峰。e）P/Gx水凝胶的VPTT。
图3a）P/G2水凝胶在空气和水中的热响应行为。b）在37°C和室温下，空气和水中P/G2水凝胶的面积变化。c）P/G2水凝胶在37°C的空气和水中的收缩率。d）室温下，P/G2水凝胶在空气和水中的溶胀率。
图4a）使用具有不同直径的SAF制造MSV。b）不同直径的MSV的灌注结果。c）MSV的直径变化（每组n = 3）。
图5a）使用不同长度的SAF制造MSV。b）在37°C下，不同MSV的P/G水凝胶的收缩率（每组n = 3）。c）使用不同长度的SAF制造的MSV直径的变化。
图6a）在P/G水凝胶上培养1、3和5天的HUVEC的荧光图像。b）在P/G水凝胶上培养1、3和5天的HUVEC的细胞活力。c）P/G水凝胶提取物的CCK-8图。d）HUVEC的共聚焦图像i）P-G水凝胶上的ii）交界处的iii）F-肌动蛋白（红色），细胞核（蓝色）和CD31共免疫染色后MSV腔内的共聚焦图像 （绿色）。
图7a）设计P/G水凝胶结构，以测试SAF和EDTA-2Na对OC活力的影响。b）不同组中OC的细胞生存力。c）不同组中含OC的P/G水凝胶构建体的3D共聚焦图像。d）在37°C收缩30分钟后，P/G水凝胶中封装的OC的2D和3D共焦图像。比例尺= 200 µm。
图8a）在C57BL/6小鼠皮下植入4周后，P/G水凝胶支架的总体观察图像。b）植入的支架和周围组织的H＆E染色。c）扩大（b）中的分割区域。d）扩大（c）中的船只。e）植入的支架和周围组织的CD31和DAPI的免疫荧光染色。f）通过总体观察图像计数的血管数量，以及通过H＆E染色图像计数的200微米支架内的血管数量。植入的g）2×2，h）3×3和j）4×4支架内MSV中的CD31表达。
【总结】
团队报告了一种利用其在37°C时具有收缩能力的，在热响应性P/G水凝胶中轻松快速制造MSV的策略。P/G水凝胶在37°C时表现出体积收缩，并且可以通过调节P/G水凝胶中的GelMA浓度来很好地控制其尺寸和收缩率。与水中的水凝胶相比，P/G水凝胶在37°C的空气中表现出稳定的热响应性能。体外实验表明，HUVEC可以附着在P/G水凝胶上，并在培养过程中保持较高的细胞活力。在培养7天后，在P/G水凝胶提取物中未检测到细胞毒性，并且MSV中的灌注HUVEC形成了内皮单层。CD31标志物的表达证明了内皮功能的维持。OCs的高生存力进一步表明了P/G水凝胶的生物相容性。此外，将具有MSV的热响应性水凝胶支架植入小鼠的皮下组织后，实现了体内桥接宿主血管的目标。动物实验的结果表明，MSV可以促进支架周围和内部血管的形成。具有MSV的热敏性水凝胶支架的这些特征表明它们在血管形成和组织再生中的潜力很大。
参考文献：doi.org/10.1002/adfm.202102685
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