一、研究背景

1. 关节软骨损伤全球高发，自愈能力极差，传统治疗效果有限，组织工程支架成为核心解决方案。

2. 3D打印水凝胶可精准构建仿生结构，但软骨领域可用的可打印水凝胶极少，瓶颈在于可打印性与软骨细胞再分化能力难以兼顾。

3. 明胶（Gelatin）来源于胶原，可促进细胞黏附、增殖与分化；PEG‑PLA共聚物兼具亲水性、生物相容性与可降解性。

4. 本研究首次将PEG‑PLA与明胶复合，通过直写式(DIW)3D打印制备支架，系统优化组分以支持软骨细胞再分化。

二、研究内容

2.1 材料制备与3D打印

1. 合成甲基丙烯酸酯封端的PEG‑PLA共聚物，制备3种PLA链长：PEG‑PLA1、PEG‑PLA2、PEG‑PLA3。

2. 明胶预交联后粉碎为50–150 μm颗粒，与PEG‑PLA、交联剂PEGDA、光引发剂混合。

3. 采用直写式(DIW)3D打印机，UV光固化成型水凝胶支架。

图1. PEG‑PLA/明胶水凝胶支架制备流程及3D打印样品溶胀前后：(a)体式显微镜；(b)X射线CT

2.2 水凝胶组分（变量：PLA链长、明胶含量、交联剂浓度）

2.3 表征与细胞实验

1. 结构：¹H NMR、FTIR、TGA

2. 理化性能：溶胀率、压缩性能、降解性能

3. 细胞实验：猪关节软骨细胞黏附、增殖、再分化（GAG、II型胶原免疫荧光）

图2. PEG‑PLA共聚物的¹H NMR图谱

图3. PEG‑PLA、明胶、PEG‑PLA/明胶水凝胶的FTIR光谱

图4. 热重分析(TGA)与微分曲线

图5. 水凝胶溶胀率：(a)不同交联剂；(b)不同明胶含量

图6. 抗压强度与压缩模量

图7. 水凝胶降解失重率

图8. 软骨细胞增殖（MTT）

图9. 培养21天GAG积累量

图10. II型胶原免疫荧光（粉色：II型胶原；蓝：核；绿：F-肌动蛋白）

三、关键结果

1. 结构相互作用：FTIR证实PEG‑PLA与明胶形成氢键，TGA证明复合后热稳定性提升。

2. 溶胀：明胶↑、交联剂↓、PLA链↓ → 溶胀率↑。

3. 力学：溶胀↑ → 压缩模量↓；PLA链↑ → 模量↑。

4. 降解：明胶↑、PLA链↓ → 降解加快。

5. 细胞：高溶胀利于初期黏附；高明胶（2‑Gel/3‑Gel）显著提升GAG与II型胶原，促进软骨再分化。

6. PLA链长与交联剂浓度不影响软骨形成功能。

四、研究结论

1. 成功开发可3D打印的PEG‑PLA/明胶水凝胶，组分可精准调控溶胀、力学、降解性能。

2. 高明胶含量的水凝胶平衡了溶胀率、模量与降解速率，最适合软骨细胞生长与再分化。

3. 该支架可有效促进软骨基质分泌，维持软骨细胞表型，是软骨组织工程的理想材料。

4. 为软骨缺损修复提供了新的3D打印生物材料策略。