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GelMA水凝膠微球用于再生醫學(xué)研究的相關(guān)應用

瀏覽次數:2740 發(fā)布日期:2024-5-11  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負

通過(guò)微流控乳液法、靜電微滴等技術(shù)制備出的GelMA微球不僅保留了GelMA優(yōu)異的生物相容性和生物活性,而且可作為單獨的細胞培養單元或組裝成多孔支架或模擬仿生微環(huán)境,進(jìn)而應用于細胞3D培養、藥物遞送、組織修復等研究領(lǐng)域。

為了方便大家了解GelMA在微球方面的應用,EFL挑選了與GelMA微球參與再生醫學(xué)研究相關(guān)的文獻,按照應用方向進(jìn)行總結歸納,供大家參考學(xué)習。
 

 
一、細胞3D培養
 
相比傳統的細胞培養模式,具有較高比表面結構的GelMA微球可為細胞提供更多的更多的增殖分化空間,進(jìn)而準確模擬組織微環(huán)境。如負載癌細胞構建體外腫瘤模型,用于病理研究或高通量藥物篩選等。

1. Small:電場(chǎng)輔助生物打印載細胞GelMA微球

材料:GelMA、間充質(zhì)干細胞(BMSC)

方法:研究者開(kāi)發(fā)了基于電場(chǎng)輔助的微球生物打印方法,通過(guò)高壓電場(chǎng)的吸附,從噴嘴中拉出微液滴,油相的接收裝置收集后,使用可見(jiàn)光即可高效批量固化載細胞微球。

結果:載BMSC的微球第二天就有很好的伸展發(fā)育,第三天就完全伸展發(fā)育。將載細胞微球作為成形單元,通過(guò)控制噴頭有序移動(dòng)可直接實(shí)現3D載細胞結構的打印。


2. Acta Biomaterialia:HAMA+GelMA復合凝膠微球3D共培養腫瘤模型用于藥物篩選

材料:聚苯乙烯、甲基丙烯;该髻|(zhì)酸(HAMA)、GelMA

方法:在超疏水聚苯乙烯修飾的界面上,利用HAMA和GelMA光交聯(lián),復合構建微凝膠生物反應器。

結果:相比其他兩相法制備凝膠微球的方法,單一水相產(chǎn)生凝膠微球克服了油相損害細胞的缺點(diǎn)。所制備的凝膠微球模型可轉移至96或384孔板中,為實(shí)現藥物的高通量篩選提供可能。


3. ACS Applied Materials & Interfaces:通過(guò)動(dòng)態(tài)交聯(lián)反應組裝微凝膠改善擠出生物打印墨水印刷適性,微孔率,組織附著(zhù)力和自愈性

材料:
苯硼酸、甲基丙烯化透明質(zhì)酸(HAMA)、GelMA、多巴胺修飾的透明質(zhì)酸(HA-DA)

方法:微凝膠是通過(guò)基于液滴的微流控將HAMA-PBA和GelMA交聯(lián),然后用動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑HA-DA組裝成DC-MA生物墨水來(lái)制備的。

結果:具有高形狀保真度的2D和3D結構可以在無(wú)需后處理的情況下打印,并且封裝的L929細胞在擠壓后表現出高的細胞活力。此外,動(dòng)態(tài)交聯(lián)劑(HA-DA)的加入還改善了DC-MA生物墨水的微孔、組織粘附和自愈合性能,有望應用于組織工程和再生醫學(xué)(如創(chuàng )面愈合等)領(lǐng)域。
 

原文鏈接:
https://doi.org/10.1021/acsami.2c01295


4. Biomaterials Science:三維共培養新思路——生物3D打印帶纖維微球

材料:GelMA、海藻酸鈉、HUVECs和MDA-MB-231s細胞

方法:這種三維共培養微球通過(guò)同軸生物3D打印結合電流體噴墨實(shí)現不同結構的形態(tài)及尺寸控制。純GelMA從外噴頭流出,形成球狀結構。GelMA與海藻酸鈉混合(用于增加粘度)從內噴頭流出,在球體內形成纖維結構。

結果:該技術(shù)應用同軸生物打印和電噴墨技術(shù),并利用多組分流體流動(dòng)時(shí)的“懸繩效應”,實(shí)現了帶復雜纖維結構的微球制造,并將其應用于細胞3D共培養。
 


二、藥物載體


相較于塊狀的GelMA水凝膠,GelMA微球具有體積小、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)。此外,GelMA微球內部多孔結構及表面易于改性的活性基團(如氨基,羧基等),可通過(guò)物理?yè)诫s或化學(xué)鍵合的方式負載藥物及生物活性因子,在病灶部位實(shí)現微創(chuàng )遞送、控釋藥物的目的。

5. Nano Letters:可注射水凝膠微球能夠調節局部過(guò)度活躍性炎癥反應

材料:GelMA、活性肽APETx2、髓核細胞

方法:通過(guò)微流控同步光交聯(lián)裝置制備GelMA微球(GM),清洗并冷凍干燥后制備出多孔GelMA微球。制備APETx2共軛多孔GelMA微球(GA)并負載髓核細胞,得到“肽-細胞-水凝膠”微球(GNA)

結果:研究證實(shí)了這種GNA微球除了參與組織再生過(guò)程,還可以調節局部過(guò)度活躍性炎癥反應,以維持椎間盤(pán)髓核中細胞外基質(zhì)的合成/分解代謝平衡。
 

6. Biofabrication:載干細胞可注射緩釋微球修復椎間盤(pán)退變

材料:大鼠脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細胞rADSC、活性因子GDF5、GelMA

方法:由電噴工藝制備含干細胞rADSC和GDF5因子的GelMA微球。

結果:GelMA微球緩釋系統可緩釋生長(cháng)因子,并可負載干細胞增殖及類(lèi)髓核細胞分化。在體內該微球緩釋系統可微創(chuàng )注射靶向至退變椎間盤(pán)區域,維持椎間盤(pán)高度,減緩椎間盤(pán)的退變。
 

7. Small:用于減輕骨關(guān)節炎的微球生物潤滑劑

材料:GelMA、甲基丙烯;喟桶、磺基甜菜堿接枝GelMA、雙氯芬酸鈉(DS)

方法:利用微流控技術(shù)制備了粒徑均勻的單分散GelMA微球。DA與甲基丙烯酸酐反應得到DMA的碳雙鍵。然后采用自由基聚合法制備了PDA-甲基丙烯酰胺-磺基甜菜堿接枝GelMA微球(MGS@DMA-SBMA)。最后負載藥物DS,用于動(dòng)物實(shí)驗模型。

結果:研究表明研制的載藥超潤滑微球(MGS@DMA-SBMA@DS)具有良好的水化潤滑和藥物緩釋能力,在治療骨關(guān)節炎疾病以及其他潤滑功能障礙等疾病方面具有巨大的潛力。
 

8. Chemical Engineering Journal:微流體制備混合微凝膠—長(cháng)效給藥平臺的構建

材料:GelMA、脂質(zhì)體(Lipo)、KGN

方法:基于PDMS的微流體裝置制備了GelMA@Lipo微凝膠球。中間通道含脂質(zhì)體-凝膠單體混合物為分散相,外通道含石蠟油為連續相。石蠟油對脂質(zhì)體-凝膠混合物施加剪切力,使混合物分裂成乳狀液滴。在紫外線(xiàn)照射下,出口處的液滴聚合成微凝膠,將脂質(zhì)體固定在微凝膠內。

結果:體內研究表明,GelMA@Lipo@KGN在大鼠DMM模型中可以增強軟骨再生,抑制OA進(jìn)展,增強藥物關(guān)節處的滯留作用。
 

三、組織修復

在組織工程應用支架的設計中,GelMA基水凝膠微球具有可調的孔隙率和孔尺寸。這樣的模塊化設計,更有利于模擬細胞外基質(zhì)微環(huán)境,促進(jìn)血管形成,使得新組織得以形成和重塑。再生醫學(xué)研究中,常將負載種子細胞或生物活性成分的GelMA微球遞送至受損部位,提供組織再生原動(dòng)力,加速修復進(jìn)程,已成為創(chuàng )面修復、軟骨再生、成骨再生等領(lǐng)域常用的策略之一。

9. Acta Biomaterialia:血小板裂解液功能化GelMA微球用于促進(jìn)牙髓再生

材料:GelMA、血小板裂解液(PL)、納米粘土皂石(Loponite)、人類(lèi)牙髓干細胞(hDPSCs)

方法:以GelMA/PL/Loponite(GPL)水凝膠前驅體溶液為原料,使用靜電微滴技術(shù)(180~380μm)制備水凝膠微球。

結果:與純GelMA微球相比,GPL微球顯著(zhù)改善了所封裝的人類(lèi)牙髓干細胞(hDPSCs)的擴散、增殖和牙源性分化,而且還能增強體內微血管的形成和牙髓樣組織的再生。
 

10. Materials Science & Engineering C:利用靜電微滴法制備hDPSC-GelMA牙髓再生微球

材料:GelMA、人牙髓干細胞(hDPSC)

方法:先將hDPSC與GelMA溶液混合作為前體溶液,然后利用靜電微滴裝置制備載細胞微球,并將其置于超低粘附培養板中培養,用于后續的細胞行為、低溫凍存和復蘇、體內移植等實(shí)驗。

結果:hDPSC-GelMA在體外表現出優(yōu)良的生物活性和低溫凍存性能,并且在體內降解性能和牙髓組織新生能力上優(yōu)于水凝膠團塊。因此載細胞凝膠微球在牙髓再生方面具有巨大的應用潛力。
 

11. Advanced Functional Materials:用于骨缺損修復的BMSCs封裝GelMA微球制備

材料:GelMA、骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)、生長(cháng)因子BMP-2

方法:使用毛細微流體裝置制備了負載BMSCs 和BMP-2的GelMA單分散液滴,將液滴暴露在紫外光下,使聚合物聚合,形成凝膠微球。

結果:凝膠微球能維持干細胞的生存能力,支持細胞在微球內的伸展和從內部到表面的遷移,增強細胞的增殖能力。此外,在GelMA微球中包裹的BMSCs在體外和體內均顯示出增強的成骨作用,這與礦化顯著(zhù)增加有關(guān)。
 

12. Chemical Engineering Journal:集成信號肽可注射微凝膠促進(jìn)骨再生

材料:SVVYGLRC多肽、GQGFSYPYKAVFSTQ多肽、GelMA

方法:基于微流控技術(shù),首先通過(guò)固相合成方法偶聯(lián)成骨和血管生成信號肽,構建集成生物信號肽系統(SVVYGLR-BFP),然后通過(guò)巰基和雙鍵的點(diǎn)擊反應(GelMA-S-B)交聯(lián)成由GelMA組成的生物信號集成微凝膠。

結果:體內實(shí)驗表明,GelMA-S-B可以通過(guò)誘導成骨分化和新生血管,顯著(zhù)促進(jìn)骨缺損處的骨組織再生。
 

原文鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135176

13. Small:內耳治療用黏性及可注射微凝膠

材料:GelMA、聚多巴胺(PDA)、Ebselen脂質(zhì)體

方法:利用GelMA微球(GM)耦合PDA層(GM@PDA),將具有優(yōu)異粘附能力的Ebselen脂質(zhì)體進(jìn)一步裝載到載體中構建了GM@PDA@Lipo Ebselen。

結果:體內成像系統顯示,粘附微球可以延長(cháng)中耳腔的保留時(shí)間超過(guò)7天。轉基因小鼠的聽(tīng)力明顯恢復,尤其是在噪聲暴露后第14天,每個(gè)頻率的聽(tīng)力恢復到基線(xiàn)水平。
 

原文鏈接:
https://doi.org/10.1002/smll.202106591.


14. ACS Nano:微流控水凝膠微球促進(jìn)松質(zhì)骨再生

材料:GelMA、雙膦酸鹽(BP)、鎂離子(Mg2+)

方法:利用微流控技術(shù)制備粒徑可控的GelMA-BP水凝膠微球,隨后捕獲Mg2+得到GelMA-BP-Mg。

結果:體內和體外實(shí)驗結果表明,復合微球通過(guò)刺激成骨細胞和內皮細胞,抑制破骨細胞,有利于成骨和血管生成,最終有效促進(jìn)松質(zhì)骨再生。
 

15. Bioactive Materials:仿生可注射水凝膠微球用于骨關(guān)節炎治療

材料:GelMA、甲基丙烯;喟桶 (DMA)、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿(MPC)

方法:首先通過(guò)微流控技術(shù)制備得到光交聯(lián)GelMA水凝膠微球,然后通過(guò)自由基聚合得到自粘聚合物DMA-MPC,最后通過(guò)浸涂法得到潤滑性微球(GelMA@DMA-MPC),并負載消炎藥雙氯酚酸鈉(DS)。

結果:體內外實(shí)驗顯示GelMA@DMA-MPC@DS功能化微球對骨關(guān)節炎的發(fā)展具有積極的治療作用。該功能化微球有潛力成為一種有前景的方法來(lái)抑制早期骨關(guān)節炎退行性改變。
 

 
光固化GelMA水凝膠(EFL-GM系列)產(chǎn)品

來(lái)源:蘇州永沁泉智能設備有限公司
聯(lián)系電話(huà):15161311123
E-mail:masushan520@126.com

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