浙江大学高长有教授课题组通过多巴胺沉积稳定大尺寸聚酯微粒表面的多级突刺结构、促进骨再生

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尺寸、化学组成和表面形貌可调节的生物可降解聚合物微粒在药物装载、微反应和细胞递送等多个领域有广阔的应用前景。其中，大尺寸的微粒由于具有较高的表面积与体积比，能够给细胞提供适当的浸润空间，可作为细胞载体便捷地植入体内用于组织再生。具有不同表面形态和化学成分的可生物降解聚合物微粒能够积极地调节细胞行为、组织微环境并促进组织修复与再生。目前，制备表面粗糙的小尺寸（几微米）微粒已有报道，但制备数十微米同时具有多层次结构的聚合物微粒仍然是一项较大的挑战。同时，将图案化微球用于组织修复的报道很少。

浙江大学高长有教授课题组利用乳液界面不稳定性的原理，制备了直径50~100 μm、表面具有多级突刺结构的聚（D,L–丙交酯-co-乙交酯）(PLGA)/PLGA-b-聚乙二醇（PEG）表面粗糙微球。所得微球表面的粗糙结构具有温度响应性，在37°C处理6天或80°C处理1小时可变为表面光滑形貌。多巴胺沉积可提高粗糙微球的热稳定性。通过热处理和多巴胺沉积相结合，制备了一系列具有稳定表面拓扑结构的微球。粗糙微结构和多巴胺沉积表现出协同作用，增强了细胞与微粒表面的相互作用，促进了骨髓间充质干细胞(BMSCs)、A549和MC3T3等多种细胞的粘附。将多巴胺沉积的粗糙微球植入到新西兰兔股骨缺损部位12周后，micro-CT、组织学、western blot和RT-PCR结果显示，该微球可显著促进股骨再生。本研究为制备大尺寸复杂结构的聚合物微球及其用于组织再生提供了新策略和新思路。

图1. 多巴胺修饰的粗糙PLGA/PLGA-b-PEG微球的结构及其在体外促进细胞粘附和体内骨再生中的应用示意图。利用乳液的界面不稳定性制备了多级结构的PLGA/PLGA-b-PEG微球。多巴胺沉积后加热，粗糙微球的微观结构保持良好，促进细胞粘附；未经多巴胺处理的微球，热处理后变为光滑微球，阻止细胞粘附。多巴胺沉积的粗糙微球比光滑微球更能促进兔的股骨再生。

图2. 粗糙PLGA/PLGA-b-PEG微球的表征。微球的光学显微镜图像(a)、共聚焦显微镜图像(b)和SEM图像(c-e)。宏观形貌（c）、表面形貌(d)和截面图(e)。微球表面碳和氧元素的XPS结果(f)。

图3. 体内股骨再生的评价。基因(a)和蛋白(b,c)在体内植入12w后的表达(b)。*表示p<0.05水平，差异有统计学意义，n=4。

该研究论文题为Large fuzzy biodegradable polyester microspheres with dopamine deposition enhance cell adhesion and bone regeneration in vivo，发表在Biomaterials杂志上。论文共同第一作者为张德腾博士、郑鸿浩博士，通讯作者为浙江大学高分子科学与工程学系高长有教授。

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120783