聚L-谷氨酸基组织工程支架及其关节骨软骨缺损共修复研究

构建聚L-谷氨酸基组织工程支架，满足关节软骨和软骨下骨缺损共修复需要。聚L-谷氨酸（PLGA）和壳聚糖（CS）可分别模拟细胞外基质中蛋白质和多糖，静电络合形成PLGA/CS软骨支架；纳米羟基磷灰石（nHA）具有良好骨传导及诱导能力，表面接枝法将PLGA引入nHA表面，保证足够高的PLGA接枝率和分子量，nHA表面接枝的PLGA直接与低分子量CS静电络合，形成成骨活性高、机械性能好的软骨下骨支架。在上述研究基础上一体化浇铸构建骨软骨多层支架，组分渗透可形成稳固的过渡界面。探索快速成型技术制备PLGA基骨软骨组织工程支架工艺和方法。揭示支架各层结构与组成、界面层厚及支架性能影响因素。对脂肪干细胞诱导分化的软骨和成骨细胞在上述两种支架上黏附、增殖和组织生长进行定性、定量对比分析，进行动物关节软骨缺损修复研究。本项目研究为聚L-谷氨酸在软骨组织工程领域临床实验研究奠定基础。

骨软骨组织工程走向临床应用面临两个挑战：一方面，组织工程再生软骨多为纤维软骨，并缺乏正常透明软骨的力学功能；另一方面，软骨下骨损伤与软骨损伤修复不同步，影响新生软骨组织的完整性和稳定性。针对以上挑战，申请人提出构建聚L-谷氨酸基还原软骨发生机制的骨软骨组织工程支架，以解决临床软骨与软骨下骨缺损共修复的难题。 . 本研究首次提出原位诱导脂肪干细胞自发聚集形成微团的支架设计策略，旨在还原软骨发生机制中至关重要的“condensation”过程。支架由聚L-谷氨酸(PLGA)和壳聚糖(CS)通过酰胺键交联，并结合冷冻相分离技术制备。支架孔径为180-300 μm，具有高的溶胀性。脂肪干细胞(ASCs)在支架内自发聚集形成直径为80-110 μm的多细胞微团。微团内细胞存活率高，软骨向分化能力强，纤维组织沉积受到抑制。再生的软骨组织形态和功能均十分接近正常透明软骨。. 在透明软骨再生工作基础上，本研究提出以合成的纳米羟基磷灰石(nHA)接枝PLGA (nHA-g-PLGA)为原料，构建骨软骨一体化组织工程支架，支架上层为PLGA/CS化学交联支架，下层为nHA-g-PLGA/PLGA/CS静电复合支架，通过不同构建方式使BMP-2在软骨和软骨下骨层差异化吸附，从而引导脂肪干细胞在一体化支架两层内软骨向和成骨向选择性分化，在兔关节骨软骨缺损处同时促进透明软骨再生和软骨下骨再生，使软骨再生过程始终受到下骨支撑，且再生的骨软骨组织具备清晰完整的过渡结构。. 同时本研究设计并构建了PLGA/海藻酸钠(ALG)可注射水凝胶体系和PLGA /CS聚电解质复合物可注射多孔微载体，并负载软骨细胞，通过微创手术，在裸鼠皮下实现异位再生透明软骨组织。. 本课题研究结果对软骨组织工程新材料创新研究具有重要意义和科学价值，为聚L-谷氨酸在软骨组织工程领域临床实验研究奠定基础。.本课题在Biomaterials等期刊发表SCI论文12篇，其中一区SCI论文5篇，影响因子5以上论文5篇，影响因子总和大于50，申请中国发明专利13项，授权7项。培养博士后2名，博士研究生3名，硕士研究生7名。