港大生物医学工程团队研发新型全水性可注射水凝胶作先进医疗应用



香港 - Media OutReach - 2023年8月31日 - 香港大学机械工程系的研究人员,伙拍港大深圳医院及普林斯顿大学在可注射水凝胶的开发上取得重大突破,研发出名为Fibro-Gel的全水性可注射水凝胶,用于创伤治疗能显著提高伤口愈合功效。

图1 Fibro-gel的合成。 包含药物分子、光引发剂(LAP)和聚合物(PEGDA)在内的原材料被挤压通过微小的喷嘴,形成微纤维,然后通过紫外光固化至指定长度(Lfiber)。 (图片根据CC BY许可证的条款刊登。 © 2023 Shen et al. Advanced Materials published by Wiley-VCH GmbH.)
图1 Fibro-gel的合成。 包含药物分子、光引发剂(LAP)和聚合物(PEGDA)在内的原材料被挤压通过微小的喷嘴,形成微纤维,然后通过紫外光固化至指定长度(Lfiber)。 (图片根据CC BY许可证的条款刊登。 © 2023 Shen et al. Advanced Materials published by Wiley-VCH GmbH.)

水凝胶具有三维结构、良好的渗透性和优异的药物释放性能,可注射水凝胶提供独特的药物传输和微创给药方式,在生物组织重建手术、组织工程和药物递送等先进医疗的临床应用上有着极佳的发展前景。

Fibro-Gel研究项目由港大机械工程系岑浩璋教授率领,与港大深圳医院的杜启峻教授团队,以及普林斯顿大学机械与航空航天工程系的Howard Stone教授和Janine Nunes博士的研究团队共同研发。

团队研发的新型水凝胶突破了目前可注射水凝胶在药物传递的局限,其不含油的全水性特性,使其具备优异的生物兼容性。 团队通过调控水凝胶纤维网络中微纤维的长短,能大幅提升其药物释放功能,并可按患者的特定需要调控多种药物的释放特性,达至个性化先进医疗的效果。 团队利用小鼠做了大量的体外测试,证明Fibro-Gel具备辅助血管生成的能力,能加速伤口愈合,促成完整新组织再生。

研究结果已在学术期刊《先进材料》(Advanced Materials)发表,文章标题为"Fibro-Gel: An All-Aqueous Hydrogel Consisting of Microfibers with Tunable Release Profile and its Application in Wound Healing"。 Fibro-Gel不仅适用于不同生物组织,其可控理化特性还具有潜力应用于精准和个性化医疗的开发。

新型水凝胶由直径微米级的长纤维悬浮液通过针管直接挤出形成,成型的Fibro-Gel由相互纠缠的微纤维网络构成。 团队发现水凝胶的机械特性,即机械强度、溶胀性和药物释放性能,会因着组成水凝胶的微纤维长度不同而有异。

港大机械工程学系的博士生沈燕婷和博士后研究员刘嫄发现,拥有较短微纤维的Fibro-Gel表现出较低的刚度和更具流体般的特性,从而加快药物释放速率。 相反,具有较长微纤维的Fibro-Gel表现出较高的刚度和更具固体般的特性,导致药物释放速率变缓。

透过调控微纤维的长短,Fibro-Gel具备药物传输可控特性,医疗人员可按患者的需要设计个性化的伤口敷料,针对不同伤口模型,用多种药物以不同释放速率来快速愈合伤口。

研究团队利用小鼠皮肤伤口模型作测试。 结果显示,与商业水凝胶相比,Fibro-Gel能更快地促进伤口愈合和新组织再生。 进一步通过双层Fibro-Gel模型,以不同的释放速率释放不同药物,伤口愈合功效更可以进一步提高。

观察了小鼠皮肤伤口愈合过程的博士生沈燕婷说:"这种创新的Fibro-Gel载药控释系统极大地加速了愈合速度,同时实现了完整新组织的再生。 "

岑教授指今次成功研发Fibro-Gel,是不同团队跨领域协作的成果。 他说:"跨学科研究合作使我们得以从多个角度探讨伤口愈合这个议题,包括微流体力学、水凝胶和药物递送等,从而研发出Fibro-Gel。 这种新型水凝胶拥有巨大的潜力满足不同人的特殊医疗需求。 "

岑教授及其团队致力于工程科学的研究和应用,促进生物医学领域的创新。 除了应用于创伤治疗加速伤口愈合,他相信今次的研究成果在生物组织再生中有广泛的应用前景,为生物医学应用的材料系统打开了新的可能性,包括用于传染性疾病治疗剂和癌症标靶药物的递送、组织修复再生和长期病患的治疗等。

在香港研究资助局研究影响基金的支持下,香港大学与普林斯顿大学之间的成功合作充分展示了跨团队合作的力量,并突显了汇集专业知识以推动再生医学领域突破性研究的重要性。

出版物: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211637


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SOURCE:

香港大学

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Education

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PUBLISHED ON:

31 Aug 2023

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