多孔支架已被廣泛應用于軟骨組織的再生。然而，人們往往很難理解支架材料的微妙層次結構如何影響再生過程。石墨烯材料是堅固和生物兼容的多孔結構的通用構建塊，使研究組織再生的結構線索成為可能，否則難以確定。在這里，我們使用具有穩定和可調結構的石墨烯水凝膠作為模型支架，以檢測多孔結構對支架上軟骨細胞植入相關的基質重塑的影響。我們觀察到大量加速但平衡的軟骨重建與軟骨細胞向石墨烯支架內的生長相關，表面有一個開放的孔結構。重要的是，這種增強的重塑選擇性地促進了蛋白多糖聚集素上的II型膠原纖維的表達，從而清楚地表明，當軟骨細胞遷移到支架中時，它們保持穩定的表型，同時為軟骨修復的支架設計提供了新的見解。
圖1. GEH和干腳手架的一般圖片和示意圖。（a） GEH和干燥腳手架的一般圖片；（b） GEH支架的冷凍SEM圖像，比例尺：50和10μm；（c）壓縮應力-應變曲線和（d）在生理鹽水中加載和卸載后GEH和干支架的多周期壓縮特性；（e） GEH支架在生理鹽水中反復壓縮后能保持彈性和原有結構；（f）GEH支架的冷凍SEM圖像和干燥支架的SEM圖像。GEH支架顯示出互連孔結構、開放孔結構、大表面積和中等氧含量。水凝膠支架比干支架能夠吸附更多的蛋白質。與GEH的關鍵區別在于，冷凍干燥后，形成GEH支架大孔結構的石墨烯納米片之間的水消失了，而原本分散在水中的石墨烯納片塌陷，導致大孔壁上的孔結構更加封閉。再水合后，水只能進入大孔，而不能進入坍塌的石墨烯納米片。比例尺：1μm。
圖2. 軟骨細胞在GEH和干支架上的粘附、活力和增殖。（a） 接種后1天和8天，細胞粘附在支架表面的SEM圖像，比例尺：10μm；（b）活/死雙染色，在GEH和干支架上接種細胞后1和8天。活細胞的代表性圖像被染成綠色熒光（死細胞被染成紅色）。注意，接種在GEH和干支架上的細胞沒有顯示出明顯的差異，表明兩種支架的無毒性，比例尺：200μm；（c）體外軟骨形成的基因表達分析。在培養皿和GEH和干支架上孵育7天的軟骨細胞的軟骨標志物的實時PCR分析。數據以平均值±標準差表示。（n=3）（*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，***P<0.0001）。
圖3. 體外軟骨基質重塑的基因表達分析。實時PCR分析在培養皿和GEH和干支架上培養7天的軟骨細胞表達的MMPs和抑制劑。數據以平均值±標準差表示。（n=3）（*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，***P<0.0001）。
圖4：植入8周后，軟骨細胞接種的GEH和干支架的（a–h）甲苯胺藍和（i–q）紅花紅O/快綠組織學染色，無細胞支架作為對照（比例尺：50μm）。（e–h）分別對應于a–d中方框區域的高放大率圖像。（m–q）分別對應于i–l中方框區域的高放大率圖像。（r） 植入8周后接種軟骨細胞的GEH和干支架的II型膠原、聚集蛋白聚糖和SOX-9的免疫熒光染色。比例尺：50μm。
相關研究成果由墨爾本大學Shaohua Wu和上海交通大學附屬第六人民醫院Jiayu Lu等人2022年發表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsanm.2c04137)上。原文：Graphene Hydrogel as a Porous Scaffold for Cartilage Regeneration。
轉自《石墨烯研究》公眾號
