Adv. Mater. 2023：层次化水凝胶用于增强全层骨软骨缺损的修复

背景

分层骨软骨缺损的修复需要复杂的梯度重建；然而，很少有连续梯度铸造的策略考虑到与临床实际有关的细胞适应性、多个梯度元素和精确的梯度镜像原生组织。在这里，利用合成的超顺磁性HA纳米棒(MagHA)开发了一种具有纳米羟基磷灰石(HA)、力学和磁性连续梯度的水凝胶，该纳米棒易于对磁场做出响应。根据健康兔膝关节的磁共振成像(MRI)计算出优化的精确重建骨软骨组织梯度模式。然后，MagHA形成连续的生物理化梯度，从而在外部磁刺激下产生增量HA、机械和电磁信号。为了使这种依赖深度的物体起作用，开发了一种适应性强的水凝胶来促进细胞渗透。将该方法应用于兔全层骨软骨缺损的局部磁场修复，这种多层梯度复合水凝胶以完美的异质特征修复骨软骨单元，模仿软骨向软骨下的逐渐过渡。

图文导读

(图1 多层连续梯度水凝胶修复骨软骨缺损的设计与应用。)

(图2 MagHA的制备与表征)

（图3 GelMA/AcCD双网络(DN)水凝胶基质的制备及不同水凝胶中细胞行为的评价）

(图4 不同入路兔膝关节骨软骨缺损的体内修复(术后12周))

(图5 术后12周不同处理修复组织胶原蛋白表达分级及胶原纤维分布定量分析)

全文总结

这里开发了一种多层光滑梯度的复合水凝胶，用于全层骨软骨组织的再生。为了获得能模拟软骨向软骨下骨过渡过程中矿物质含量逐步增加的HA梯度，我们提出了磁力来控制MagHA的运动，使其形成连续的梯度模式。重要的是，MagHA的均匀形态和足够的磁化可以快速制造连续的MagHA梯度。为了更好地模拟临床实践，基于诊断性MRI图像测量了真实兔膝关节软骨厚度，并利用有限元模拟平台模拟了磁凝胶前体溶液中MagHA随磁场暴露时间的迁移率。这些结果为制备光滑的MagHA梯度水凝胶植入物以精确重建相应的骨软骨组织提供了重要的指导。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202209565

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