3D打印USPIO/EGCG功能化双层水凝胶胆道支架的构建及体外功能评价

摘要

背景与目的：胆道狭窄的治疗仍面临支架力学性能、术后再狭窄及术后监测等问题。为兼顾胆道支架的机械支撑、局部药物递送和影像学可视化，本研究构建了一种基于3D打印的超小超顺磁性氧化铁（USPIO）/表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）功能化双层水凝胶胆道支架，并评价其理化性质、药物释放特性、磁共振成像可视化性能及体外生物学性能。方法：以聚己内酯甲基丙烯酸酯（PCLMA）构建具有机械支撑作用的内层，以甲基丙烯酰化明胶（GelMA）构建生物活性外层，并采用介孔二氧化硅纳米颗粒（MSN）负载EGCG和USPIO，通过3D打印及光交联技术制备PCLMA/GelMA/MSN@USPIO@EGCG双层水凝胶支架。采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱、动态光散射及流变学等方法表征材料结构与性能；通过体外降解及EGCG释放实验评价支架的降解和药物递送特性；采用磁共振成像评价USPIO赋予支架的磁共振可视化能力；以人脂肪来源间充质干细胞（hADSCs）评价细胞相容性、细胞增殖、活性氧（ROS）、线粒体膜电位及细胞衰老，并通过溶血和凝血实验评价其血液相容性。结果：所制备MSN及其复合纳米颗粒具有均一的球形形貌和较好的分散性，PCLMA/GelMA/MSN@USPIO@EGCG支架呈规则的多孔网格结构。PCLMA内层具有较高的压缩模量，而GelMA及其复合水凝胶具有良好的黏弹性。复合支架在体外表现出可控的降解特性，且EGCG在MSN负载及GelMA包埋后呈现持续释放特征。USPIO的引入使复合材料具有明显的T₂加权磁共振成像负性对比特性，弛豫率与Fe浓度呈良好的线性关系。细胞实验显示，各组支架均具有较好的细胞相容性，并可支持h ADSCs黏附和铺展；EGCG负载后细胞增殖活性进一步提高，同时表现出较低的氧化应激水平和较好的线粒体膜电位维持作用。复合支架在不同浓度及孵育时间下均未引起明显的溶血或凝血异常。结论：本研究成功构建了一种具有机械支撑、EGCG缓释及磁共振成像可视化功能的3D打印双层水凝胶胆道支架。该支架具有良好的体外降解性能、生物相容性及细胞保护作用，为胆道狭窄的局部微环境调控及支架影像学监测提供了新的材料学策略，但其体内安全性及抗再狭窄作用仍需进一步验证。

关键词

胆道疾病 / 缩窄,病理性 / 支架 / 3D打印 / 表没食子儿茶素没食子酸酯 / 氧化铁磁性纳米颗粒

基金资助

海南省海口市重点科技创新基金资助项目（2022-032）; 国家自然科学基金资助项目（82260136）