近日，暨南大学化学与材料学院罗丙红教授团队在天然多糖水凝胶骨组织修复材料的设计上取得新的研究突破。该团队基于天然多糖甲壳素，通过仿生设计策略构建了一系列具有良好应用前景的新型骨组织修复用水凝胶材料。下面展开介绍具体的相关研究工作。
骨膜具有独特的各向异性结构、良好的成骨和血管生成能力，在骨的信息传递、重建和缺损修复等方面发挥着重要作用；然而，开发仿生骨膜结构与力学特性以及兼有多重生物功能性的人造骨膜仍然是一种挑战。该团队通过化学/物理双交联、拉伸取向和修饰生物活性因子等策略，制备了一类生物功能化超强韧各向异性马来酸酐化甲壳素晶须(mCHW)/甲壳素复合水凝胶。这类仿生新型人造骨膜具有微结构和力学上的各向异性，以及优异的成骨成血管化能力，预期具有良好的应用前景。相关论文以“Anisotropic and Robust Hydrogels Combined Osteogenic and Angiogenic Activity as Artificial Periosteum”为题在工程技术类顶刊Composites Part B:Engineering（即时IF=11.2）上发表。该团队的硕士生何湘衡为论文第一作者，罗丙红教授为论文通讯作者，暨南大学为论文第一单位。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.109627。
图1 基于天然多糖甲壳素设计超强韧各向异性复合水凝胶用于骨膜修复的示意图
骨细胞外基质(ECM)的液晶性和粘弹性在指导细胞行为、传导细胞信号和调节矿化方面具有重要作用，关乎骨修复的成功与否。受骨ECM独特的液晶性和粘弹性的启发，该团队设计了一类仿骨ECM液晶性和粘弹性的甲壳素晶须水凝胶(nCG)，实现了液晶性能和粘弹性的集成，有效促进了材料表面细胞的黏附、增殖以及成骨分化。相关论文以“Bio-inspired Liquid Crystal Gel with Adjustable Viscoelasticity to Modulate Cell Behaviors and Fate”为题在工程技术类顶刊Composites Part B:Engineering（即时IF=11.2）上发表该团队的博士生刘坤为论文第一作者，罗丙红教授为论文通讯作者，暨南大学为论文第一单位。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.109704。
图2仿骨ECM粘弹性和液晶态新型天然多糖复合水凝胶的设计示意图
针对上一研究体系中单一甲壳素晶须液晶水凝胶力学性能和成型能力较差的缺点，该团队进一步设计引入第二交联网络，并基于化学/物理双交联制备了力学特性更吻合骨ECM力学特性的复合液晶水凝胶体系，从而更有利于骨髓间充质干细胞的黏附、增殖和成骨分化。相关论文以“Dual-Cross-linked Liquid Crystal Hydrogels with Controllable Viscoelasticity for Regulating Cell Behaviors”为题在材料类期刊ACS Applied Materials & Interfaces（即时IF=10.3）上发表。该团队的硕士生唐盛月为论文第一作者，罗丙红教授为论文通讯作者，暨南大学为论文第一单位。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c02689。
图3 利用化学-物理双交联策略制备骨修复用复合液晶水凝胶示意图
以上研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金和广东省科技计划项目基金的大力支持，特别感谢人工器官及材料教育部工程研究中心、暨南大学化学与材料学院及材料科学与工程系的实验基础和条件支持。
