具有免疫调节作用的用于气管修复的3D打印植入物

来源：上普生物

近期，法国科学家A.Dupret-Bories组在BioMaterials期刊上发表了“Biofunctionalization of 3D-printed silicone implants with immunomodulatory hydrogels for controlling the innate immune response: an in vivo model of tracheal defect repair”的文章。

摘要：3D打印有机硅（PDMS）植入物为具有高度精确的解剖结构一致性的个性化植入物提供了前景。但是，仍然存在潜在的不利影响，例如由于免疫反应而形成的肉芽肿。解决该问题的一种潜在方法是使用免疫调节涂层控制植入物/宿主界面。在这项研究中，设计了一种新的由白介素10和前列腺素E2组成的细胞因子混合物，以通过将巨噬细胞固定在M2修复表型中延长时间来减少不良免疫反应并促进组织整合。在体外，细胞因子混合物维持低水平的促炎细胞因子（TNF-α和IL-6）分泌，并诱导IL-10的分泌以及多功能清除和分选受体Staabilin-1的上调（由M2巨噬细胞表达）。然后，将这种混合物装载在基于明胶的水凝胶中，以开发出可以用作医疗设备涂层的免疫调节材料。在通过3D打印的有机硅植入物重建气管缺损的体内大鼠模型中证明了这种涂层的功效。涂层在有机硅植入物上稳定超过2周，并且鸡尾酒成分的控释达到至少14天。

在体内，仅有33％的带有裸露有机硅植入物的动物存活下来，而100％的动物在配备了免疫调节水凝胶的植入物中得以存活。水凝胶和细胞因子混合物的存在减少了炎性组织的厚度，急性和慢性炎症的强度，整体成纤维细胞反应，水肿的存在和纤维蛋白样物质的形成（通过组织学评估），并导致了100 ％ 存活率。在全身水平，免疫调节水凝胶的存在在第7天显着降低了促炎细胞因子，如TNF-α，IFN-γ，CXCL1和MCP-1的水平，并显着降低了IL-1α，IL-1β，CXCL1和MCP-1在第21天的水平。这种新型免疫调节水凝胶一旦应用于3D打印的有机硅植入物，便具有控制炎症水平的能力。此类薄涂层可以应用于组织工程中使用的任何植入物或支架，以减少初始免疫反应，改善这些材料的整合性和功能性并减少与其存在相关的潜在并发症。

图1 将明胶水凝胶包衣并在3D打印的硅胶气管贴片上加载M2Ct2混合物

图2 实验设计

图3 从健康供体的外周血中分离人单核细胞衍生的巨噬细胞，并在无刺激（SFM培养基）或补充有M2Ct1或M2Ct2的细胞培养基（SFM）中培养6天。

图4 细胞CD68+染色

图5 细胞Stabilin-1染色

图6 明胶涂层的稳定性

图7 在体内不同时间点血清中6种促炎细胞因子的定量实验

图8HE染色

结论
含有特定免疫调节细胞因子的类ECM薄涂层可用于控制不可降解植入物材料与周围组织的相互作用。在本文中，研究者证明了还可以阻止MMP分泌的M2巨噬细胞表型诱导鸡尾酒可以使促炎性细胞因子释放量保持较低，并在2D和3D条件下诱导M2巨噬细胞极化。这种鸡尾酒可以装在薄明胶水凝胶中，并且可以缓慢释放以形成界面，该界面不利于慢性炎症，并且在局部和全身水平均具有抗炎作用。受控界面的这种组合可用于通过帮助消炎和促进融合来改善植入的效果。该免疫调节策略是气管工程领域的主要兴趣。确实，气管对于呼吸至关重要。因此，如果它变窄或塌陷，将危及生命。在气管置换术上进行的大多数体内研究都需要放置支架，以避免由于颗粒和炎性组织的光渗透而引起的狭窄。这需要全身麻醉以去除支架和耐受性问题。腔内支架显示出严重的并发症（迁移，肉芽组织和生物膜引起的阻塞）。在研究者的研究中，沉积免疫调节涂层后，显着减少了气管内腔的内部炎症，气管内腔保持宽大，无需使用支架即可正常呼吸。然后，这种免疫调节水凝胶可以用作组织工程和再生医学中当前材料的表面涂层。

参考文献
J. Barthes, et al. Biofunctionalization of 3D-printed silicone implants with immunomodulatory hydrogels for controlling the innate immune response: an in vivo model of tracheal defect repair,
Biomaterials,2020,120549,0142-9612,
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120549.