文獻信息

近日，華東理工大學材料科學與工程學院超細材料教育部重點實驗室材料生物學與動態化學前沿科學中心等團隊的研究成果“Single Step Assembly of Janus Porous Biomaterial by Sub-Ambient Temperature Electrodeposition（亞室溫環境下一步實現電化學組裝Janus多孔生物材料）在雜志《Small》（IF：15.153）上發表。平生公司桌面型CT（VENUS）在論文中提供了重要的大鼠顱骨缺損圖像和定量分析。

該研究的通訊作者為劉昌勝院士和屈雪教授，第一作者為博士后雷淼和碩士研究生廖海濤。

文獻摘要

Janus多孔生物材料正受到越來越多的關注，人們正在努力開發簡單、快速和可擴展的方法，能夠調整微觀和宏觀結構。本文報道了一種用氨基多糖殼聚糖電沉積法制備Janus多孔膜的單步制備方法。具體來說，當電沉積在亞環境溫度(0-5℃)下進行時，會自發產生Janus結構。

亞環境溫度電沉積實驗表明:出現了Janus微觀結構(可能是負責自組裝的分子間相互作用發生微妙變化的結果);重要的微觀結構特征(孔徑、孔隙率和厚度)可以根據條件調整;這種方法易于擴展(相對于串行打印)，可以生成具有Janus面的復雜管狀結構。體外研究證明了各向異性的細胞引導，而使用大鼠顱骨缺損模型的體內研究進一步證實了這種Janus多孔膜對引導骨再生的有益特性。

綜上所述，這些結果進一步證明了電子制造技術為再生醫學應用的軟物質控制功能結構提供了一個簡單和可擴展的平臺技術。

實驗方法

所有步驟均獲得華東理工大學動物研究生物倫理委員會(ECUST-2022-048)批準。采用顱骨缺損模型對18只雄性SD大鼠(8周，平均體重約250g)進行體內試驗。這些動物通過腹腔注射舒泰50麻醉，在無菌條件下使用環鉆在雙側顱骨上造出兩個直徑為5mm的缺損。36個缺損均分為3組:無膜覆蓋組(n=12)、有ETroom-Chit覆蓋組(n=12)和ET_Sa-Chit覆蓋組(n=12)，分別于術后4周、8周和12周處死。行Micro-CT觀察新生骨再生情況，切片厚度37 mm，閾值294的Micro-CT系統(Venus，平生醫療科技有限公司)掃描標本。然后，使用重建分析軟件avatar(平生醫療科技有限公司)進行三維組織形態學分析。骨體積分數(BV/TV)、骨小梁數量(Tb。Th)和骨密度(BMD)。組織學觀察:顱骨先固定于10%中性甲醛溶液中，脫鈣后石蠟包埋。石蠟切片用蘇木精-伊紅染色和馬松染色，然后用光學顯微鏡觀察。使用圖像分析系統(image Pro 5.0, Media cybertic, Silver Springs, MD)對新形成骨面積的測量進行量化。統計分析:所有數據用平均標準偏差(SD)表示，并采用單因素方差分析和事后檢驗。顯著性設為p < 0.05 (***p < 0.001， **p < 0.01， *p < 0.05)。

實驗結果

用18只大鼠顱骨缺損模型評估了Janus多孔膜在體內引導的骨再生能力。在本研究中，作者在這些動物的頭骨中制造了兩個臨界尺寸的缺陷(5mm)，并用相同的方法處理每只動物的缺陷。在這些缺陷形成后，植入不同的薄膜以覆蓋缺陷，并將結果與“無膜對照組”進行比較，如圖5a所示。在本試驗中，作者選擇ETsa-Chit膜(6.67 mA cm^-2, 1000 s，致密層≈50 μ m，多孔層≈100 μ m)作為實驗膜，因為體外實驗結果表明，它具有GBR所需的雙重功能:作為成纖維細胞入侵的屏障(與致密層相關)，并允許成骨細胞向內生長(與多孔層相關)。缺乏多孔層的ET_Room-chit膜對照可以評估多孔層對骨再生的重要性。所有的程序都經過了動物研究委員會的批準。

術后4周、8周和12周處死動物，進行高分辨率顯微CT掃描（VENUS，平生醫療科技有限公司），觀察新骨形成的動態(圖5b顯示了各組在三個時間點的代表性圖像)。12周內各組均可見新生骨再生(左側和右側分別用綠色和藍色標記新生骨)，但三組間新生組織的程度和再生率不同。兩組覆膜的顱骨缺損術后新生骨組織較“無膜對照組”多。從Micro-CT的頂部和橫斷面視圖可以觀察到，在愈合周期中，覆蓋Janus多孔結構ETsa-Chit膜組的骨再生速度略快于覆蓋ET_Room-Chit膜組。術后12周，ET_Room-Chit膜覆蓋組左側骨缺損(綠色標記)基本完全恢復，而ET_Room-Chit膜覆蓋組兩側仍有部分缺損。顯微CT定量形態學分析表明，不同的形態學指標覆膜組和覆膜組的新生骨在各時間點均明顯高于未覆膜組。其中，小梁骨體積/總容積比(Tb.12周時，ETsa-Chit組的BV/TV(0.33±0.05)高于ET_Room-Chit組的(0.24±0.05)(p < 0.05)(圖5c)。此外，骨小梁骨密度(Tb.ETsa-Chit組新生骨BMD(1.29±0.01g cm^-3)略高于ET_Room-chit組(1.22±0.04 g cm^-3)(圖5d)。小梁厚度的比較(Tb.Th)顯示了類似的趨勢(圖5e)。

Janus多孔ETsa-Chit膜引導骨再生的評價。a)圖解圖像顯示手術放置不同的薄膜材料(ET_Room -chit和ETsa-Chit薄膜)在大鼠顱骨缺損處和未放置薄膜的缺損處作為對照組;b)術后4周、8周、12周拍攝的治療后顱骨缺損的顯微CT成像;c)小梁骨體積與組織體積之比(Tb.BV/TV);d)骨小梁骨密度(Tb.BMD) e)小梁厚度(Tb.Th)通過形態計量分析進行評價。

使用設備

Micro CT（型號：VENUS）（平生醫療科技）

影像軟件：Avatar（平生醫療科技）