四川大学孙勇/樊渝江 Nat. Commun.：即刻粘附的柔性支架通过募集内源性干细胞和诱导血管生成再生颅骨

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北京时间2022年5月6日，四川大学生物医学工程学院/国家生物医学材料工程技术研究中心张兴栋院士团队樊渝江教授和孙勇研究员在Nature Communications上发表题为“An instantly fixable and self-adaptive scaffold for skull regeneration by autologous stem cell recruitment and angiogenesis”的研究论文。

有限的干细胞和不匹配的界面融合一直困扰着生物材料介导的颅骨重建。在这里，作者设计了一种可即时固定和自适应的支架，以促进钙离子螯合和界面整合，调节巨噬细胞M2极化，并招募内源性干细胞再生颅骨。论文通讯作者是樊渝江、孙勇；第一作者是卢恭恭、徐扬；华西医院神经外科惠旭辉教授，华西口腔医院颌面外科罗恩教授，生物医学工程学院蒋青教授，四川医疗器械生物材料和制品检验中心梁洁教授和张兴栋院士为该论文共同作者。由脑外伤引起的大面积颅骨缺损的修复在临床上仍具挑战性。当前，无细胞功能支架重建颅骨缺损面临干细胞来源有限、支架可拉伸性较差和不匹配的界面融合等问题而发展受阻。此外，传统颅骨成形术中的附加器械，如颅骨锁或骨钉，增加了手术的复杂性和成本。因此，寻找在颅骨切除术后可立即植入并固定于缺损部位的柔性可降解生物材料已成为国内外学者研究的新方向。这对于颅脑外伤患者颅骨缺损的再生修复，避免二次开颅手术并降低并发症风险具有重要意义。图1. HCLS通过募集和保留内源性干细胞快速启动成骨和成血管实现颅骨重建。樊渝江教授和孙勇研究员开发了一种即刻粘附的柔性再生支架（HCLS），在不使用辅助固定器械和外源性生长因子/细胞的情况下，可通过柔性变形和自粘附有效固定于缺损界面，适应颅内压变化的同时保持支架结构的完整性。该支架主要利用多巴胺修饰的透明质酸桥接羟基磷灰石表面的Ca²⁺和 Ⅰ 型胶原蛋白，形成具有仿生骨基质的杂化交联网络结构。通过适当的钙螯合，HCLS表现出良好的力学匹配和界面整合，并可通过柔性变形对外界应力做出响应（图2）。同时，HCLS提供适当的基质微环境调控巨噬细胞M2极化，其较高的孔隙率、相互连通的多孔结构以及功能性的多酚官能团，确保了内源性干细胞的浸润、迁移以及血管长入。研究结果表明，该支架可促进骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化，以及显著的异位矿化和血管生成，在兔(Φ=9 mm)和比格犬(Φ=15 mm)颅骨缺损模型中，HCLS分别实现了97%和72%的新生骨覆盖面积。本研究全面评估了一种被广泛考虑的无细胞/因子再生方法的可行性，将为临床上颅骨切除术和颅骨成形术后的即刻修复提供潜在有效的策略。该研究得到国家重点研发项目（2018YFC1106800）、国家自然科学基金委（32071352）、四川省重点研发项目（2019YFS0007）和四川大学创新火花项目（2018SCUH0089）的支持。

图2 杂化交联支架通过组织粘附、钙离子螯合和柔性变形，实现良好的力学匹配与界面整合。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-30243-5

通讯作者简介

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孙勇，研究员/博导。主要结合先进制造技术和纳米技术，利用杂化纤维基质调控干细胞重建病损的骨/软骨/皮肤等结缔组织。主持国家级项目/子课题5项，省部级及横向项目等6项。发表一作/通讯SCI论文40余篇（平均IF>8），授权第一发明人专利14项。入选第三届中国科协“青年人才托举工程”，四川大学双百人才/青年科技领军人才/首届好未来优秀学者。国内外学术会议先后获奖5次，兼职Chinese Chem. Lett.等杂志编委，四川省国际医促会骨科科技创新与转化专委会常委、辽宁省液晶功能高分子科学与工程重点实验室学术委员会委员等。与企业合作开发骨钉获NMPA产品注册证，参与科技成果转化1项。

樊渝江，教授/博导，国家生物医学材料工程技术研究中心副主任。从事骨/软骨再生修复材料、生物医用3D打印技术和材料、医用高分子材料以及控释载体研究，牵头开发软骨诱导性修复凝胶、个性化颅颌面骨修复植入体等新材料和新技术，并实现科技成果转化。主持包括863、国家科技支撑、十三五国家重点研发、国家自然科学基金及四川省重大科技成果转化等项目。发表学术论文200余篇，引用5000多次，H因子43，申请/授权专利近100项。参与出版学术著作和教材10余本，指导学生团队参加“互联网+”大学生创新创业大赛并获国家级金奖。担任中国生物材料学会常务理事，骨修复材料与器械分会主任委员等学术兼职。获得省科技进步一等奖、省教学成果一等奖、教育部科技进步奖和国家“八五”科技攻关重点成果奖等。

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