氧化透明质酸-明胶水凝胶光纤的降解抗性设计与制备及其在深部组织光医学长期应用潜力研究

　　本研究报告通过氧化透明质酸（OHA）与明胶（GEL）经微生物转谷氨酰胺酶（mTG）介导的Schiff碱反应构建新型水凝胶体系，系统探究组分浓度对力学性能（如模量、交联密度）及神经细胞相容性的调控机制，为脑组织工程提供具有长期稳定性的仿生细胞外基质（ECM）替代材料。

　　

Statement of significance

神经损伤仍是重大医学挑战，而天然神经组织的力学特性尚未完全解析。透明质酸（HA）作为大脑细胞外基质的天然组分，在神经组织工程中展现出巨大潜力。本研究通过氧化HA（OHA）并与明胶（GEL）通过Schiff碱反应和微生物转谷氨酰胺酶（mTG）交联开发水凝胶体系。通过调控OHA、GEL和mTG浓度，成功模拟脑组织刚度并实现长期稳定性。压缩测试与微观结构分析揭示了交联密度和网格尺寸与力学特性的关联。原发性神经元实验证实中间刚度（～0.5 kPa）条件下细胞存活与生长最优，凸显OHA-GEL系统在神经修复领域的应用前景。

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Materials

透明质酸粉末（平均分子量：0.6 – 1.0 MDa）购自英国Carbosynth公司。实验使用Hank平衡盐溶液（HBSS）、杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水（DPBS，不含Ca²⁺/Mg²⁺）、钙黄绿素AM、DAPI染色剂、不同葡萄糖浓度的杜尔贝科改良 Eagle培养基（DMEM）、GlutaMAX添加剂、Neurobasal培养基、B27补充剂以及DMEM/F12营养混合物（含高葡萄糖与GlutaMAX）。

Sample preparation

样本制备过程中发现，较高水凝胶浓度可改善操作性与形态一致性。低浓度样本不仅操作困难且形态难以复现，而高浓度样本均呈现高度相似的圆柱形结构，表面平整且与模具形态吻合。相反，双组分浓度降低会导致结构稳定性丧失。

Conclusion

本研究展示了一种基于NaIO₄氧化透明质酸的新型材料系统，适用于软组织与神经组织工程（TE）。通过调整聚合物含量与交联剂配比，对六种水凝胶组合进行探究。压缩测试表明聚合物含量与mTG用量对材料刚度具有显著影响：仅当mTG含量较低时，高聚合物浓度方可维持脑组织刚度范围（0.1-1.5 kPa）。溶胀/降解研究证实高聚合物含量可提升长期稳定性。微观结构分析通过网格尺寸与交联密度建立了力学性能与结构参数的关联。原发性神经元培养实验表明，中等刚度（～0.5 kPa）条件下神经元存活率与突触发育最优，且高交联密度样本中神经元形态更为复杂。本研究证实OHA-GEL系统可通过组分调控实现力学性能精准匹配，为神经组织再生提供理想平台。