肌腱通过纤维软骨界面插入骨，减少机械应力和组织衰竭。尽管有这种增韧机制存在，撕裂仍会发生，主要原因是急性(过载)或降解(老化)过程。手术固定撕裂肌腱入骨导致了瘢痕组织界面的形成，具有较差的生物力学性能。近日，一篇名为“Tough and tunable 负责人介绍，在秒杀与预售活动中，他们往往选用生鲜品类商品：一方面，生鲜类保质期有限，更能促使消费者在限定时间内到店自提，从而提高到店的频次；另一方面，生鲜类往往作为必需品，属于高频消费，其吸引力更强。第三步在各个分店划出特定区域作为线上特价商品活动购买的自提区。通常是当日下单，次日门店自提，为日后商城社区门店自提模式做铺垫。scaffold-hydrogel composite biomaterial for soft-to-hard musculoskeletal tissue interfaces”的文章由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Brendan A.C. Harley教授研究团队在Science advances (IF=14.96)上发表。该研究提出了一个创新的组织强化策略：在一个分层的支架中通过连续的柔顺聚乙二醇(PEG)水凝胶连接骨和肌腱组织界面。调整水凝胶的凝胶动力学可以调节与两侧区室的整合，并产生优异的生物力学性能。值得注意的是，在传统的分层生物材料中存在有应变集中可能具有有害的生物效应，二水凝胶界面可以减少组织间应变集中的形成。这种力学性能稳定的分层复合生物材料的设计可适用于肌腱和韧带到骨的插入。

肌腱末端是一个分层的纤维软骨组织(250至500μm宽) ，含有梯度细胞表型、生物化学因素、矿物质含量、基质组成和结构排列，于肌腱附着于骨处起到过渡作用。这种独特的界面组织微环境通过提供连续的高顺应性冲击吸收区，促进功能性承载并在拉伸载荷下实现组织增韧。较为常见的损伤是撕裂，由于急性超负荷和随年龄退化引起。手术再附着肌腱到骨是临床标准，但易形成狭窄的纤维血管瘢痕组织而非梯度纤维软骨。由此产生的肌腱和骨之间的剧变边界导致应变集中大大增加修复失败的风险。撕裂组织的功能性重塑需要柔顺的纤维软骨界面的再生，然而缺乏能够满足这一独特功能要求的生物材料设计阻碍了修复进程。

但是目前的市场竞争越来越大，商家的推广费用也越来越高，并且还有交易佣金，所以很多的商家开始选择搭建自己的私域流量池。微信为社交电商提供了强大助力，2018年小程序电商用户规模达1.32亿人，可见小程序已成为社交电商发展重要利器。微信不提供中心化的流量入口，但又处处都是流量入口。分层生物材料为骨折修复提供了潜在的可能。这些生物材料可以选择性地进行优化拓扑结构设计，在离散区域内定制组分、结构和力学等特征，实现空间上调节细胞生物活性和组织重塑。已有研究探索了一种冻干方法来制备双相胶原支架，其包含由连续界面连接的具有不同组成和微观结构的腱(各向异性)和骨(矿化)区室。矿化骨区室在不补充成骨因子的情况下促进间充质干细胞成骨分化和改善骨再生。非矿化各向异性肌腱区室促进原代肌腱细胞的转录组稳定性并诱导间充质干细胞成腱分化。然而，这种双相支架和大多数用于肌腱-骨内固定修复的生物材料迄今为止仅复制了肌腱-骨之间的梯度转换，而不是一种独特的多尺度组织。虽然在用于肌腱和骨修复的生物材料方面已经取得了显着的进展，但是生物材料中区室之间固有的力学性能不匹配可能在生物学上产生不利影响。

肌肉负荷是肌腱、骨骼发育和维持所必需的，并且在损伤后的修复过程中也不可或缺。当受到扭矩驱动的拉伸负荷时，肩膀在肌腱与骨的界面处出现大量的应变集中，程度取决于肩膀的体积刚度。在加载的分层复合生物材料中，在不同的腱和骨区域之间的界面上的机械不匹配同样导致应变浓度，可以显着降低细胞活力并成为可能的骨折点。因此，由此产生的界面应变导致细胞抑制反应和移植失败。

这项研究开发了一种独特的强韧生物材料式样，模拟天然肌腱末端的结构-功能特性：在力学性能不匹配的肌腱和骨组织区室之间引入高顺应性的水凝胶界面。虽然该设计理念在工程材料中很常见，但是在组织工程生物材料中还没有被系统性的研究。具体方法为控制高柔顺的聚乙二醇(PEG)水凝胶区域在双相胶原支架的腱和骨之间的插入和稳定，所得到的三相生物材料式样不同于缺乏连续界面的分层的两相或三相生物材料。调整这种水凝胶的制造参数为减少应变集中提供了一个稳健的方法，避免不匹配的材料间出现断层。同时，水凝胶的插入也显着改善了整个组织支架的宏观机械性能，为组织工程支架提供了新的设计范例以改善普适的肌肉骨骼组织界面愈合。

该研究使用辣根过氧化物酶(HRP)介导的化学聚合将四臂 PEG-巯基(PEG-SH)单体共价交联成界面水凝胶网络(图1A)。这类反应引入了交联速率和水凝胶材料特性(例如弹性)的可调性，两者的调控通过小振幅振荡剪切流变定量的(t_cross和 G′_eq)和未知的(Δt_gel)凝胶参数实现。这里，tcross定义了从粘性(G′<G′′)材料转变为弹性(G′>G′′)材料所需的时间，而平衡储能模量(G′eq)是对材料弹性的度量。Δtgel是使用G′的时间导数衍生的量，用于量化粘弹性性质发生相当大变化的持续时间，即从可测量的凝胶化开始到达到平衡凝胶状态的时间。

表1.不同种类水凝胶的组分

为了制造连续的三相支架，研究采用聚四氟乙烯(PFTE)模具装载不同液体，能够精确控制悬浮水平分层和冻干之前的相互扩散(图1B)。冻干后，用PEG水凝胶界面层连接肌腱和骨支架区室形成结构连续的三相支架(图1C)。模具一端的铜和PFTE之间的热导率不匹配建立了局部定向凝固，以诱导形成各向异性的非矿化(腱状)支架区室，而在相反的一端，形成各向同性矿化(骨性)胶原支架结构(图1)。

图1.A)通过 HRP 催化交联形成交联 PEG 网络。最初，过氧化氢在非活性状态下与 HRP 发生反应。激活的 HRP 氧化酪胺形成酚基，将氧化硫醇基团。四臂 PEG-巯基(PEG-SH)单体上的巯基被氧化成巯基自由基，随着时间的推移容易形成二硫化物，从而形成交联的聚合物网络。(B)使用悬浮分层冻干法在腱(CG)和骨(CGCaP)胶原 -GAG 区室之间掺入 PEG 水凝胶层。首先，将 CG 和 CGCaP 液体悬浮液和 PEG 水凝胶前驱体溶液分层放入模具中，使其在界面处扩散。(C)冷冻干燥后，在肌腱和骨组织区室之间形成结构连续的三相支架，具有明显的界面 PEG 水凝胶层。

三相支架的环境扫描电镜(ESEM)图像表明，界面水凝胶的拓扑结构和结合程度可以通过改变水凝胶的凝胶特性来适应。总体而言，更快凝胶的水凝胶(快t_cross和短Δt_gel)能够更均匀地掺入到不同层中，而较慢凝胶的水凝胶沿冻干形成的胶原纤维排列(图2A)可能是由于水凝胶和胶原悬浮液之间的扩散混合更为均匀。支架-水凝胶界面的宽度也可以通过凝胶过程控制(图2B) ，允许基于一系列水凝胶凝胶特性制造具有独特界面区的三相支架。水凝胶界面分类包括：t_cross快速(3至4分钟)，中等(6分钟)或慢速(12分钟); Δtgel短(7至9分钟)或长(31至51分钟); G′_eq低(1至5kPa)或高(10至15kPa) (例如，快t_cross，短Δt_gel和低G′_eq则表示为快: 短: 低)。研究制备了一系列水凝胶凝胶特性的三相支架并研究其力学性能。在这里，通过这些独特的凝胶参数(t_cross: Δt_gel: G′_eq)用于区分三相支架，这些参数描述了水凝胶界面的粘弹性转变时间(t_cross)，完成凝胶化的时间(Δt_gel)和最终弹性性质(G′eq)。

图2. A)三相支架的ESEM 图像显示界面水凝胶相的渗入(绿色虚线区域)和(B)界面宽度取决于水凝胶凝胶过程。三相支架通过独特的界面水凝胶凝胶参数(t_cross: Δt_gel: G′eq)来鉴定，其描述粘弹性转变(t_cross)的时间，完成凝胶的时间(Δt_gel)和最终弹性性质(G′eq)。

研究证明了在单轴拉伸条件下，顺应性水凝胶的渗入是一种有效的支架增韧机制，与缺乏水凝胶插入的双相支架相比，含有快速凝胶(tcross)水凝胶制剂(快:长:高和快:慢:低)的三相支架的整体支架韧性显著增加(图3A)。水凝胶的整体凝胶时间(Δt_gel)和弹性性质(G′eq)对其韧性没有明显影响。可快速凝胶支架也显示出比其他具有较慢tcross(例如，中:长:高)支架显著更高的韧性，证明在制造工艺中，需要特定的凝胶时间尺度来实现界面水凝胶增韧。具有长Δt_gel和高G′eq(快:长:高)的水凝胶显着增加了三相支架的强度(图3C)和弹性模量(图3E)，导致应力-应变曲线更陡峭，承受的最大应力增加。相比之下，具有短Δtgel和低G′eq (快:短:低)的水凝胶显著增加了骨折前的应变耐受性(图3D)，并显示出显著较低的弹性模量，更具延展性。

图3. (A)整体支架破坏点处的韧性。(B)最高韧性三相支架变体(左)和所有其他三相支架(右)与双相支架的平均应力-应变曲线。(C)支架断裂处的最大拉应力和(D)应变。(E)支架的整体弹性模量。(F)整体支架的韧性达到生理应变水平(3%)。(G)最高韧性三相支架 (左)和所有其他三相支架(右)与双相支架的平均应力-应变曲线达到生理应变水平(3%)。三相支架通过独特的界面水凝胶凝胶参数(tcross: Δtgel: G′eq)来鉴定，其描述粘弹性转变(tcross)的时间，完成凝胶的时间(Δtgel)和最终弹性性质(G′eq)。

研究使用数字光电技术(DIC)绘制全长度支架的局部应变图，以确定增韧界面水凝胶是否也影响单轴拉伸下支架中的应变分布。在3.3%的应变下，双相支架显示在肌腱和骨组织区室之间的界面上集中有较大应变(10%)，最终在3.5%的应变下发生骨折(图4A)。与两相支架相比，没有显著增加韧性的三相支架在生物材料界面上显示出相似的应变集中效应。例如，中:长:高组在整体应变为显示2.2%的时候再界面处产生的局部应变为5%，最终在2.5% 的全长度应变下发生界面断裂。然而，韧性较高的三相支架在界面处显示出明显的应变降低，在弹性较强的腱室中显示出较高的应变，最终在8.7%和7.4%的整体应变下断裂。研究随后检查了仅在肌腱和骨组织区室之间的过渡区内的应变分布，以获得更清晰的界面应变表示(图4B)。在3.3%的整体应变施加时，两相支架界面发生远大于施加的整体应变的高度应变集中(7.2%)，而韧性较高的三相支架显示界面应变(2%)均匀分布且小于整体施加应变。此外，三相支架在横向上的界面应变突变性低于双相支架，表明界面水凝胶在其宽度上具有更均匀的应变。

图4. (A)整个支架的局部应变的代表性概况和(B)在两相的中间区域内，中:长:高，快:长:高和快:慢:低支架在0,1.1,2.2和3.3% 的全局应变。三相支架通过独特的界面水凝胶凝胶参数(tcross: Δtgel: G′eq)来鉴定，其描述粘弹性转变(tcross)的时间，完成凝胶的时间(Δtgel)和最终弹性性质(G′eq)。

结论

由于应变集中的发展，连接两种不同材料的界面极易在机械载荷下的失效，比单独在任一材料中发生失效所需的载荷阈值更小。为了有效地合并不同的材料，需要改善高界面应力和由高变形的现状。含有多种材料性能的功能梯度支架已被用来降低应变集中，但是仍缺乏一种能有效地消除应力的式样设计。该研究在分层的多组织支架结构中增加了一层高顺应性的水凝胶，这种结构将材料力学上的差异与生物化学特性结合起来。鉴于肌腱和骨之间天然存在高顺应性的纤维软骨界面组织，研究假设水凝胶层可以在组织支架内起类似的作用。水凝胶材料选用PEG，无细胞毒性且可生物降解，已被用于广泛的组织工程应用，使用辣根过氧化物酶作为氧化催化酶，在外源性过氧化氢(H₂O₂)存在下，可通过巯基的自由基偶联产生交联的聚乙二醇网络。这种 HRP 催化的凝胶可以被酚类化合物如酪胺加速，因此可以调节凝胶速率和最终凝胶性质(例如，弹性)。

水凝胶的引入明显改变了支架在拉伸载荷下的破坏模式和局部应变。总的来说，缺乏水凝胶作为过渡层的双相支架由于大量的应变积累而在肌腱-骨界面撕裂，而高韧性三相支架在其中一个胶原区室中发生了远离支架界面的韧性断裂，这意味着界面处的应变已被有效地消散。相比之下，没有表现出整体韧性增加的三相支架也在界面处撕裂，因为高顺应性水凝胶还未稳定地整合到支架中。也就是说调节合成的界面整合和力学性能的关键凝胶特性是tcross。无论完全凝胶(Δtgel)所需的时间如何，迅速变得粘稠的水凝胶(tcross: 3至4分钟)在液相分层期间可最佳地整合两侧不同材料之间，以形成韧性更高的三相支架。调整水凝胶凝胶特性以优化材料界面区的整合是种简便高效的方法来改善整体支架机械性能并降低不同的生物材料区室之间的局部应变集中。可作为设计范例，用于一系列肌肉骨骼组织的再生医学，如肌腱-骨，韧带-骨或肌腱插入。

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Sun Han Chang R A, Shanley J F, Kersh M E, et al. Tough and tunable scaffold-hydrogel composite biomaterial for soft-to-hard musculoskeletal tissue interfaces[J]. Science advances, 2020, 6(34): eabb6763. https://doi.org/10.1126/sciadv.abb6763