《Materials Today Bio》：Functional Restoration of Uterine Architecture and Fertility via a 3D-Printed Biomimetic Scaffold: The Role of Macrophage-Driven Immunomodulation
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本文针对严重子宫损伤后结构与功能恢复困难这一临床挑战，报道了研究者如何通过熔融电写（MEW）3D打印技术构建了一种三层仿生PLCL支架。研究证实，该支架能够有效促进小鼠子宫全层缺损的结构修复和功能恢复，显著改善妊娠结局。其核心机制在于支架能够调节免疫微环境，募集并促进巨噬细胞向M2表型极化，并通过激活JAK-STAT3和YAP-Hippo等信号通路促进再生。这项研究为子宫组织工程提供了新的策略和见解。
子宫，这个负责孕育新生命的独特器官，其结构复杂而精细。然而，由于手术、创伤或疾病等原因造成的严重子宫损伤，特别是涉及子宫内膜和肌层的全层缺损，常常导致其结构破坏和功能丧失。传统的激素治疗和外科修复手术往往效果有限，难以重建子宫原有的解剖结构和生育功能。面对这一临床难题，组织工程与再生医学带来了新的希望。其中，设计和制造一种能够模拟天然子宫力学性能、支持细胞生长并引导组织有序再生的生物材料支架，是研究者们致力攻克的核心挑战。发表在《Materials Today Bio》上的这项研究，正是瞄准了这一前沿领域。
为了应对这一挑战，研究人员巧妙地运用了一种名为熔融电写（MEW）的先进3D打印技术。这种技术能够以前所未有的精度控制纤维直径和孔隙结构，从而构建出具有高度可重复性的多层支架。研究者选择了一种名为聚（L-丙交酯-己内酯）（PLCL）的生物材料，它具有良好的生物相容性和可调的降解特性。通过精心设计，他们打印出了一个三层仿生支架，分别模拟了子宫的内膜层、内环肌层和外纵肌层，旨在匹配子宫组织的复杂结构和力学特性。
本研究的主要技术方法包括：首先，利用熔融电写（MEW）3D打印技术设计和制造三层结构的PLCL支架，并对其进行全面的物理化学表征（如力学性能、降解行为、生物相容性等）。其次，建立小鼠严重子宫缺损模型，将小鼠随机分为仅切除组、PLCL支架植入组和假手术对照组，以评估支架在体内的修复效果。再次，运用多种细胞与分子生物学技术探究其作用机制，包括通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）和免疫荧光等技术分析免疫细胞（特别是巨噬细胞）的募集与表型变化；通过体外共培养实验观察巨噬细胞对平滑肌细胞迁移的影响；通过酶联免疫吸附测定（ELISA）检测细胞因子水平；以及通过RNA测序、实时荧光定量聚合酶链反应（qRT-PCR）和蛋白质印迹（Western blot）等技术分析关键信号通路的激活情况。最后，通过巨噬细胞耗竭模型（使用氯膦酸盐脂质体）验证巨噬细胞在修复过程中的必要性，并通过小鼠交配试验评估修复后子宫的生育功能。
研究结果部分系统地展示了该PLCL支架从材料特性到体内功能的全面效能。
3.1. PLCL支架的设计、制造与表征
研究人员成功设计并制造了一种三层结构的PLCL支架：无序多孔的内层（模拟子宫内膜）、三角形网格的中层（模拟内环肌）和正方形网格的外层（模拟外纵肌）。该支架展现出优异的柔韧性和与天然子宫壁相似的力学性能。体外降解实验表明，该支架的降解过程与组织再生时间窗相匹配，内层降解最快（约14天），中层约在2个月内完全吸收，而外层结构支撑框架降解最慢。细胞活力实验证实了其良好的生物相容性。
3.2. PLCL支架介导的体内子宫修复与功能恢复
在小鼠严重子宫缺损模型中，支架植入组（PLCL）在术后30天和60天表现出显著优于仅切除组（EX）的组织再生效果。PLCL组子宫腔结构保存完好，无明显狭窄或积水，纤维化沉积显著减少。免疫组化分析显示，PLCL组中平滑肌细胞标志物α-SMA、内皮细胞标志物CD31和上皮细胞标志物E-CAD的表达水平显著升高。至关重要的是，功能性的生育力测试证实，PLCL组修复后的子宫能够成功支持胚胎着床和发育，产仔数显著高于EX组，证明了支架在恢复子宫生育功能方面的有效性。
3.3. 单细胞转录组谱分析揭示支架介导的免疫重编程
为了深入探究支架促进再生的机制，研究人员对术后7天的组织进行了单细胞RNA测序。分析发现，与EX组相比，PLCL支架的植入显著招募了免疫调节细胞，特别是中性粒细胞和巨噬细胞。进一步对免疫细胞的亚群分析表明，PLCL支架特异性地促进了巨噬细胞向M2表型的极化，为组织修复创造了一个促再生的微环境。
3.4. 巨噬细胞募集与表型极化的时间动态
免疫荧光分析从时间维度上补充了上述发现。结果显示，PLCL支架显著增强了巨噬细胞的总体募集。在极化动态上，观察到从早期的促炎性M1表型优势，向中后期持续的促修复M2表型优势的转变。体外共培养实验证明，接种在PLCL支架上的巨噬细胞能显著促进子宫平滑肌细胞的迁移。更重要的是，通过氯膦酸盐脂质体耗竭巨噬细胞后，即使植入支架，子宫修复效果也明显受损，这直接证明了巨噬细胞在支架介导的再生过程中的必要性。细胞因子检测也发现，PLCL组在后期出现了抗炎因子白介素-10（IL-10）的显著升高，与观察到的M2极化趋势一致。
3.5. PLCL支架通过协调激活Hippo-YAP和JAK-STAT3信号通路驱动M2极化
分子机制层面的探索发现，PLCL支架植入显著改变了组织的基因表达谱。与EX组相比，PLCL组中有148个基因显著上调，231个基因下调，这些基因富集于免疫系统激活等通路。qRT-PCR验证了多个与巨噬细胞募集和M2极化相关的基因（如LGALS3、SPP1、TREM2）在PLCL组的表达上调。蛋白质印迹分析进一步证实，支架植入同时激活了Hippo-YAP通路和JAK-STAT3通路，表现为YAP和STAT3的磷酸化水平及其下游靶蛋白表达的增加。这两个通路的协同激活，为观察到的细胞增殖、迁移和功能恢复提供了分子层面的解释。
结论与讨论
本研究的核心结论是，这种通过熔融电写技术构建的三层仿生PLCL支架，不仅为严重子宫缺损提供了结构支撑，更作为一个活跃的生物平台，驱动了复杂的再生级联反应。其核心机制在于通过支架特定的几何结构和生物物理线索，调控局部免疫微环境，主动募集巨噬细胞并促使其向促进修复的M2表型极化。同时，支架还激活了关键的YAP和STAT3信号通路，从而协调促进平滑肌细胞等实质细胞的增殖与迁移，最终实现了包括血管新生和子宫各层组织结构重建在内的功能性恢复，并成功恢复了生育能力。
这项研究的重要意义在于，它超越了传统支架仅作为被动“填充物”或“脚手架”的角色，揭示了生物材料可以通过其物理特性主动调控宿主免疫反应以促进再生。这为理解子宫再生、特别是肌层修复这一长期被忽视的难题提供了新的视角。此外，研究将先进的制造技术（MEW 3D打印）、材料科学（PLCL）、免疫学（巨噬细胞极化）和细胞信号传导（YAP/STAT3通路）等多学科知识深度融合，为解决复杂的组织再生问题提供了一个综合性框架。虽然目前研究基于小鼠模型，但它为未来开发用于临床人类子宫修复的、具有免疫调节功能的智能生物材料奠定了重要的理论基础和技术储备。
