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Adv. Mater. 2023：層次化水凝膠用于增強全層骨軟骨缺損的修復

背景

分層骨軟骨缺損的修復需要復雜的梯度重建；然而，很少有連續梯度鑄造的策略考慮到與臨床實際有關的細胞適應性、多個梯度元素和精確的梯度鏡像原生組織。在這里，利用合成的超順磁性HA納米棒(MagHA)開發了一種具有納米羥基磷灰石(HA)、力學和磁性連續梯度的水凝膠，該納米棒易于對磁場做出響應。根據健康兔膝關節的磁共振成像(MRI)計算出優化的精確重建骨軟骨組織梯度模式。然后，MagHA形成連續的生物理化梯度，從而在外部磁刺激下產生增量HA、機械和電磁信號。為了使這種依賴深度的物體起作用，開發了一種適應性強的水凝膠來促進細胞滲透。將該方法應用于兔全層骨軟骨缺損的局部磁場修復，這種多層梯度復合水凝膠以完美的異質特征修復骨軟骨單元，模仿軟骨向軟骨下的逐漸過渡。

圖文導讀

(圖1 多層連續梯度水凝膠修復骨軟骨缺損的設計與應用。)

(圖2 MagHA的制備與表征)

（圖3 GelMA/AcCD雙網絡(DN)水凝膠基質的制備及不同水凝膠中細胞行為的評價）

(圖4 不同入路兔膝關節骨軟骨缺損的體內修復(術后12周))

(圖5 術后12周不同處理修復組織膠原蛋白表達分級及膠原纖維分布定量分析)

全文總結

這里開發了一種多層光滑梯度的復合水凝膠，用于全層骨軟骨組織的再生。為了獲得能模擬軟骨向軟骨下骨過渡過程中礦物質含量逐步增加的HA梯度，我們提出了磁力來控制MagHA的運動，使其形成連續的梯度模式。重要的是，MagHA的均勻形態和足夠的磁化可以快速制造連續的MagHA梯度。為了更好地模擬臨床實踐，基于診斷性MRI圖像測量了真實兔膝關節軟骨厚度，并利用有限元模擬平臺模擬了磁凝膠前體溶液中MagHA隨磁場暴露時間的遷移率。這些結果為制備光滑的MagHA梯度水凝膠植入物以精確重建相應的骨軟骨組織提供了重要的指導。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202209565

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