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  關節軟骨由結構復雜、含量豐富的細胞外間質（ECM）和稀疏分布的軟骨細胞組成。盡管關節軟骨在關節負載和運動過程中提供了良好的力學和潤滑性能，但是由于沒有血管和神經，受損軟骨組織的自愈和再生能力非常有限。水凝膠具有結構和生物化學上的仿生學特性，被認為是能實現軟骨再生的材料。其中的多糖水凝膠具有仿生網絡、高含水量、細胞相容性和生物降解性，是構建仿生ECM的理想候選材料。然而大多數傳統多糖水凝膠的力學性能較差，難以用作在力學強度和綜合性能方面有高要求的組織工程材料。構建高性能生物支架材料作為人工ECM來促進軟骨再生仍是一個挑戰。

  在組織工程用水凝膠制備原材料方面，多糖的應用一直受到關注，主要是因為具有優異的生物相容性及可生物降解性。特別是由透明質酸（HA）制備的水凝膠已被應用于組織工程領域。HA是由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰基葡萄糖胺二糖重復單元組成的線性聚陰離子胞外多糖。作為人體內天然細胞外基質的關鍵組分，HA在細胞增殖和遷移、胚胎發育、組織和血管生成中發揮著至關重要的作用。然而，單獨由HA制備的單網絡（SN）水凝膠的主要缺點不僅是力學性能差，而且在體內也易于降解。此外，由于低濃度下高分子量的HA溶液即具有極高粘度，籍提高濃度獲得高力學性能HA凝膠的思路難以奏效，也不能解決HA易降解的難題。

  已有研究顯示，由不對稱網絡組成的雙網絡（DN）水凝膠可具有高韌性和高楊氏模量。為提高多糖水凝膠作為仿生ECM的力學性能和耐降解性，本研究提出了一種低多糖總濃度下構建可注射、堅韌且力學性能可恢復的透明質酸/結冷膠（HA/GG）雙網絡水凝膠的策略。結冷膠（GG）也是一種胞外多糖，由微生物Sphingomonas elodea發酵制得，已被美國食品藥物監督管理局批準用于食品、化妝品和醫藥領域。GG主鏈的重復單元由兩個β-D-葡萄糖、一個β-D-葡萄糖醛酸和一個α-L-鼠李糖單元組成。該多糖可以被一些金屬離子交聯形成物理水凝膠。但單獨由GG形成的水凝膠力學性能也不高，且脆性亦大。

  本研究基于在胞外多糖水凝膠體系中整合共價交聯和離子交聯的方法，通過形成不對稱雙網絡來提高水凝膠的力學性能，并延緩HA的降解動力學，同時促進軟骨細胞的粘附和增殖，支持成熟軟骨組織的形成。在制備中，首先是將呋喃改性的HA（HA-furan）與星形四臂馬來酰亞胺聚（乙二醇）（(MAL)₄PEG）交聯，形成HA水凝膠作為第一共價交聯網絡，其中的呋喃基團可以與馬來酰亞胺基團經由Diels-Alder（D-A）點擊化學發生交聯。然后是在體系中引入Ca²⁺，使GG交聯形成第二個物理交聯網絡。GG和Ca²⁺之間的離子鍵可以提高雙網絡水凝膠的力學強度、抗疲勞性和自恢復性能。第一和第二網絡的力學性能除可通過調節多糖的分子量和濃度，還可分別通過調節HA-furan的濃度和取代度以及Ca²⁺濃度方便地加以調控。

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1742706122005438