長段氣管缺損的修復始終是胸外科與再生醫(yī)學面臨的“硬骨頭” —— 氣道需要長期穩(wěn)定通氣，同時兼顧軟骨力學支撐、血管建立與上皮功能重建。在這樣一個持續(xù)受力、免疫活躍、結(jié)構(gòu)不斷重塑的復雜環(huán)境中，傳統(tǒng)依賴靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計的氣管替代物，往往難以匹配組織真實的再生需求。

2025 年 1 2 月 1 4 日 ，同濟大學附屬上海市肺科醫(yī)院陳昶團隊聯(lián)合復旦大學俞麟團隊在 Nature Communications 發(fā)表研究

A Bio-adaptive Physical Hydrogel Enables Dynamic Tissue Engineering for Tracheal Reconstruction

研究團隊從“再生是一個動態(tài)過程”這一基本邏輯出發(fā)，構(gòu)建了一種生物自適應(yīng)物理水凝膠（ BP-Gel ）。該材料基于溫敏性 PLGA-PEG-PLGA 三嵌段共聚物，在體內(nèi)可發(fā)生溶液 - 凝膠轉(zhuǎn)變，其物理交聯(lián)形成的逾滲網(wǎng)絡(luò)能夠隨細胞遷移與重排不斷調(diào)整，為組織形成提供持續(xù)可塑的微環(huán)境。

在這一體系中，材料不再是被動支架。研究發(fā)現(xiàn)，軟骨細胞在 BP-Gel 中具有高度空間活動性，可自發(fā)遷移、聚集并發(fā)生融合，重現(xiàn)了胚胎期軟骨發(fā)生中 “ 間充質(zhì)細胞凝聚 - 分化 - 基質(zhì)沉積 ” 的發(fā)育軌跡。與傳統(tǒng)化學交聯(lián)水凝膠中細胞長期分散不同， BP-Gel 誘導形成的工程化軟骨逐步建立出接近天然氣管軟骨的皮質(zhì) - 髓質(zhì)層次結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出更優(yōu)的力學穩(wěn)定性與抗降解能力。

在此基礎(chǔ)上，研究進一步整合了免疫微環(huán)境的動態(tài)調(diào)控。團隊在軟骨環(huán)間引入負載 IL-4/IL-13 的 IL-Gel ，實現(xiàn)細胞因子的時序緩釋。結(jié)果顯示，該策略可在不干擾軟骨表型的前提下，誘導巨噬細胞向促修復表型轉(zhuǎn)化，促進血管生成并加速氣道上皮成熟，協(xié)同推動多組織結(jié)構(gòu)的功能化重建。

在動物模型中，基于動態(tài)組織工程構(gòu)建的氣管替代物在長期通氣維持、軟骨保留、血管與上皮重建等方面均表現(xiàn)出更接近天然氣管的結(jié)構(gòu)與功能特征，驗證了該策略在體內(nèi)復雜再生環(huán)境中的有效性。

該研究首次將組織工程的關(guān)注焦點，從“如何構(gòu)建一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)”推進至“如何在再生過程中持續(xù)引導組織演化”，系統(tǒng)闡明了材料-細胞-分子動態(tài)協(xié)同在復雜器官再生中的關(guān)鍵作用，為氣管重建及其他復合組織工程提供了新的理論框架與技術(shù)路徑。

同濟大學附屬上海市肺科醫(yī)院陳昶教授、復旦大學俞麟教授、同濟大學附屬上海市肺科醫(yī)院孫維言醫(yī)師為該論文的通訊作者。同濟大學附屬上海市肺科醫(yī)院湯海醫(yī)師、博士后、復旦大學博士生王翰宬、同濟大學附屬上海市肺科醫(yī)院孫維言醫(yī)師、同濟大學博士生陳羿為該論文第一作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67580-0

制版人： 十一

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