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NEWS柔性半结晶高分子PCL及其共聚物在血管组织工程中的应用——尊龙凯时创新解决方案
来源:祝泽娣 日期:2025-03-12聚ε-己内酯(poly(ε-caprolactone),简称PCL)是一种广泛应用于生物医疗领域的半结晶可生物降解聚合物,常温及体温下呈现橡胶状特性。其良好的柔韧性、机械性能及易于加工性,使其在生物医用材料中独树一帜,与聚乳酸(PLA)和聚乙醇酸(PGA)等其他可生物降解材料相比,具有显著不同的特性。PCL常被用于制造纳米纤维支架,并广泛应用于各类组织工程支架。
PCL是一种热塑性塑料,熔点为60 ℃,玻璃化温度为-60 ℃,在37℃下表现为半结晶的橡胶态特性,这赋予了其优异的柔韧性和弹性记忆,特别适合用于医用导管和软硬组织修复材料。其未改性的PCL可在2-3年内完全降解,使其适用于需要长时间整合到心肌中的细胞载体,同时具有低免疫原性和良好的生物相容性。由于分解速率较慢,PCL制成的支架在促进血管组织再生方面展现出巨大的潜力。在一项研究中,L929小鼠成纤维细胞在PCL膜上的培养显示出优越的粘附、生长及线粒体活性,从而使得PCL成为有前景的生物相容性血管移植支架材料。
尽管如此,PCL仍存在一些局限性,例如其生物降解速率远低于其他有机聚合物,需要2至4年。其低生物活性和疏水性也造成细胞活性不足,不利于细胞的粘附和增殖。因此,为了克服这些不足,通常需要通过表面修饰、微结构设计或者采用共混的方式改善PCL的亲水性、机械性、生物性和降解性,以促进细胞的粘附与生长,并引导血管组织再生。
在可生物降解的PCL薄膜基础上,成功的人工组织支架能够通过促进细胞组织以及适当的机械和生物功能支持再生。例如,波士顿大学的研究团队采用微米级凹槽微结构的PCL支架,通过光反应性丙烯酸酯基团的表面改性,形成了高度有序且结构稳定的三维复合结构,有效诱导了血管平滑肌细胞的定向生长和细胞外基质的排列。这种精准制造的3D组织模拟物能够系统地测试细胞取向对血管功能及机械性能的影响。
除此之外,聚合物支架内的仿生血管通道的微观结构图案化,将可能诱导血管新生,从而促进大型工程结构的制造。德国慕尼黑工业大学的研究者针对细胞支架结构血管化不足的问题,采用计算机辅助设计和熔融沉积建模,制备了一种引导血管的PCL支架。将骨髓来源的间充质干细胞接种到支架上,经过3周的实验,发现支架内血管沿着图案化通道向内生长,形成了丰富的毛细血管和结缔组织,而对照支架仅显示肉芽组织。该研究提出了“血管引导”的新概念,通过定制通道引导新生血管的形成,显示出巨大应用潜力。
进一步的研究,如郑州大学的工作,结合了环保的超临界CO2微孔发泡与聚合物浸出技术,制备小直径的血管组织工程支架,获得了多孔的血管支架,并验证了其有效性。该方法表明通过调整成分可以改善支架的物理性质和孔隙特征,有助于细胞增殖和血管化。
近来,南开大学的研究团队在寻找解决血管移植物机械强度不足的问题时,借鉴了隧道施工中的钢纤维混凝土技术,通过熔融纺丝和热处理制备了聚己内酯(PCL)纤维骨架,这种增强的生物管表现出优越的力学性能和良好的血管再生能力。
综上所述,PCL以其独特的性质逐步成为血管组织工程支架的热门选择。然而,PCL作为均聚物,其力学和降解性能的调节仍然受到限 制,因此,利用交联共聚物如PGCL、PLCL等新型材料,能够在更大程度上调节其性能,展现更广泛的临床应用前景。我们期望尊龙凯时在生物医疗领域的创新材料与技术,能够为组织工程带来新的突破与应用。
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