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关节受到外伤或长期逐渐磨损会形成软骨缺损，不及时对待会导致退行性关节疾病骨关节炎的发生。目前修复关节软骨缺损的方法有限，传统治疗方法可能伴随着不同的愈合反应，而且往往会形成机械性能较差的纤维软骨，不适用于关节表面。更重要的是，即使进行了干预，关节仍有可能退化到需要进行全关节置换的程度，终生需要进行维护，严重影响患者的生活质量。

爱尔兰都柏林圣三一大学的Donagh G O'Shea团队等人在《Biofabrication》上发表了《An injectable and 3D printable pro-chondrogenic hyaluronic acid and collagen type II composite hydrogel for the repair of articular cartilage defects》，该团队研究出一种可注射和可作为生物3D打印墨水的透明质酸和 II 型胶原蛋白的复合水凝胶，用于修复关节软骨缺损。

背景

使用关节软骨原生基质成分配制并设计出具有适当特性的促软骨再生支架，成为很有前景的替代解决方案之一。

水凝胶可以直接注射到缺损软骨中并原位交联，或者用作生物3D打印再生支架的生物墨水，并根据患者的临床需求定制。用于软骨修复的水凝胶的基本要求是它们具有生物相容性，并且可以在注射和生物3D打印过程中保护掺入的细胞免受剪切力的影响。

其中，许多合成和天然生物材料已被用于配制软骨修复水凝胶。人体关节软骨原生的生物材料，如透明质酸（HA）和 II 型胶原蛋白（Col II），尤其受欢迎，因为它们具有天然存在的细胞结合基团，并被证明可促进软骨生成。

尽管HA和Col II具有这些优点，但由于其流变性能差和缺乏机械稳定性，很难加入到可注射水凝胶和生物3D打印水凝胶中。本研究旨在通过开发一种受关节软骨基质启发的促软骨生成水凝胶来克服这一问题，这种水凝胶具有更好的理化特性，可用于注射和生物3D打印。

实验

HA 被甲基丙烯酸化以改善机械性能，并与 Col I、Col I/Col II 混合物或 Col II 按 1:1 的比例混合。流变分析表明，预凝胶具有粘弹性和剪切稀化特性。

随后对交联水凝胶进行物理化学分析表明，Col II 的加入使聚合物网络更加膨胀和柔软，但不会影响降解时间。虽然所有水凝胶都具有出色的可注射性，但只有含有 Col I 的水凝胶具有足够的机械稳定性，可用于生物3D打印。

为了促进使用甲基丙烯酸化 HA（MeHA）-Col I 和 MeHA-Col I/Col II 的多层支架的生物3D打印应用，还采用了明胶浆支持浴自由形态可逆嵌入悬浮水凝胶的额外机械支持。生物分析表明，Col II 的加入增强了水凝胶包埋间充质干细胞的软骨生成。

因此，MeHA-Col II制剂在通过关节镜注射将基质成分和细胞输送到受伤的关节关节方面具有巨大潜力，而MeHA-Col I/Col II被发现是生物3D打印定制再生支架中有望增强关节软骨修复。

结果

用于修复关节软骨缺损的传统生物材料支架通常不适合关节镜输送，并且将支架尺寸与缺损尺寸相匹配可能具有挑战性。不同于传统的生物材料，水凝胶采取适当的配方，可以通过注射给药，或用于生物3D打印支架，以满足每位患者的临床需求。

这种材料还可用于将细胞、生长因子或纳米粒子直接输送到缺损部位，以加强较大软骨缺损的组织修复。在这项研究中，所开发的 HA 和 Col II 水凝胶具有多功能性，可在关节镜下以微创方式向患者输送自体细胞和基质成分，以及制作与缺损尺寸精确匹配的生物3D打印支架。

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