温州医科大学：微流控3D打印动态响应支架用于皮瓣再生

供稿人：焦天 连芩 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

生物支架在随机皮瓣再生方面具有广阔的应用前景，但其血管化能力不足，在动态愈合过程中缺乏响应性，极大地限制了其实际应用。

最近，温州医科大学Wang Xiaochen等人针对促进血管化和皮瓣再生，提出了一种新型的含有动态响应通道的MXene（二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料）空心纤维支架（MX-HF），并利用微流体辅助3D打印策略实现了该支架的制造。

MX-HF支架的具体制造方法为：采用微流控同轴喷头挤出打印空心纤维支架，同轴喷头内部挤出浓度0.8% w/v的 CaCl2，外部挤出15% w/v的NIPAM（N-异丙基丙烯酰胺）、1.5% w/v的NMAM（N―羟甲基丙烯酰胺）、2.5% w/v海藻酸钠、20% v/v的基质胶混合液、 0.5% w/v的BIS（N，N'-亚甲基双丙烯酰胺）、0.1% v/v光引发剂和一些MXene纳米片（0-200 μg/mL），打印过程中海藻酸钠和氯化钙交联形成空心纤维，打印后进一步通过紫外光和2% w/v的 CaCl2进行交联。完成MX-HF空心纤维支架的制造。通过改变外部预凝胶溶液中MXene浓度(0、25、50、100和200 ug mL-1)，可获得不同MXene含量的MX-HF支架。在外部预凝胶溶液中加入20ng/mL的VEGF，就可以获得VEGF@MX-HF支架（负载内皮细胞生长因子的MXene空心纤维支架）。

图1 用于皮瓣再生的微流体3D打印动态响应支架示意图

得益于MX-HF支架中MXene纳米片的光热转换能力和聚NIPAM水凝胶的温度响应能力，支架表现出近红外（NIR）响应的收缩/膨胀行为，促进了细胞从周围环境向支架通道中的迁移。此外，MX-HF支架通过将血管内皮生长因子（VEGF）纳入水凝胶基质中进行可控输送，在近红外照射下可促进内皮细胞的增殖、迁移和，促进血管的生成，增强了MX-HF支架的体外再生能力。

在体实验中进一步证实，近红外响应型VEGF@MX-HF支架（负载血管内皮生长因子的空心纤维MXene支架）可通过促进皮瓣血管生成、减少炎症反应、减少皮瓣凋亡等方式有效提高皮瓣的成活率。

总而言之，这种温度和收缩/膨胀动态响应的MX-HF支架具备促进快速血管化和皮瓣存活的功能，且具备安全、有效、易于使用的特点，MX-HF支架在再生医学和其他组织工程领域具有广阔的前景。

参考文献：
Wang X, Yu Y, Yang C, et al. Dynamically Responsive Scaffolds from Microfluidic 3D Printing for Skin Flap Regeneration[J]. Advanced Science, 2022:2201155. （https://doi.org/10.1002/advs.202201155）