水凝胶：利用超声波与VitroGel®中包埋的间充质基质细胞进行软骨再生

在体外试验中的细胞包埋在VitroGel RGD证明，超声波可以用来触发压电效应“无线”的模拟干细胞生长，导致软骨再生。

在某些物质中，通过机械应力施加的压力可以产生电力;压电材料的例子包括晶体，其中一些可以是纳米颗粒。除了机械力之外，这种材料还可以通过超声波（US）提供能量。重要的是，超声激活压电材料已被证明可以刺激细胞和组织生长，其潜在应用范围包括癌症治疗、骨再生和伤口愈合。压电材料在生物医学中的其他用途当然是可能的，值得探索。

在这篇论文中，由意大利BioRobotics研究所的研究人员领导的几个欧洲机构之间的合作努力进一步推动了压电效应的力量，并询问是否可以通过US波和这些材料的组合来实现软骨再生。软骨生长需要软骨形成，因此需要间充质基质细胞的再生和定向分化。这项工作的作者将两种压电材料，钛酸钡微粒和氧化石墨烯嵌入水凝胶（VitroGel RGD）中，以测试它们是否可以成为远距离干细胞生长激活的来源，用超声波“无线”进行。作者使用TheWell Biosciences的VitroGel® RGD作为水凝胶，因为它被证明能够作为脂肪源性干细胞（ASC）持续细胞生长的活性基质。

作者严格控制了颗粒的大小和浓度，以及所施加的US波的强度。使用悬浮在VitroGel® RGD中的ASC，用不同剂量的超声波处理，他们确实看到可以产生局部电流，导致10天治疗计划后的软骨形成。细胞生长相关基因表达水平的测定，包括合成代谢因子TIMP 1和转录因子SOX 9的表达水平，清楚地表明，与无超声对照相比，这些基因表达水平显著增强。最佳治疗条件为频率1 MHz，功率250 mW/cm²，每次5 min，间隔2d，共治疗10 d。作者还确定了25 μg/mL的氧化石墨烯纳米片和50 μg/mL的钛酸钡微粒作为嵌入水凝胶中的压电颗粒的最有效浓度。

作者的结果改进并澄清了先前的研究，这些研究显示了如何使用类似的策略来增强骨再生，但不具有此处显示的局部、US和水凝胶依赖性。最后，本文展示了将可注射纳米复合材料与超声波相结合的巨大潜力，以在一个更可控的过程中促进软骨形成和软骨再生，而不是向关节施加自然机械应力。

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文章来源：

Ricotti, L., Cafarelli, A., Manferdini, C., et al. Nanocomposite Hydrogels Boosts Chondrogenic Differentiation in Vitro, in Both a Normal and Inflammatory Milieu. ACS Nano. 2021;12:408. doi:10.1021/acsnano.3c08738.