CN115040697A - 用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶及制备方法和支架 - Google Patents

用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶及制备方法和支架 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶及制备方法和支架，所述水凝胶，包含甲基丙烯酸酐化明胶、SDF‑1α、负载TGF‑β1的聚多巴胺纳米颗粒，水凝胶植入体内后，SDF‑1α在14天内释放完毕，TGF‑β于35天内缓慢释放完毕；本发明的水凝胶能够有序募集并促进内源性干细胞向气管软化分化再生，对加速气管软骨有序再生和气管上皮再生具有重要意义；本发明的制备方法制备得到可以序贯缓释双诱导因子的水凝胶，将具有生物活性的TGF‑β结合到PDA表面，使TGF‑β能缓慢释放的同时保留TGF‑β活性，本发明的制备方法可以有效地保留SDF‑1和TGF‑β活性的同时，使SDF‑1和TGF‑β符合生理规律地序贯缓释，即先释放出募集干细胞的因子，再释放出促进干细胞分化的因子。

Description

用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶及制备方法和支架
技术领域
本发明属于医疗软骨再生领域，尤其涉及用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶及制备方法和支架。
背景技术
长段气管缺损是目前世界性的难题。组织工程气管是解决长段气管缺损最有希望的一种气管重建方式。组织工程气管主要基于生物材料支架、能够在支架上生长以形成替代组织的细胞和生长因子。组织工程化器官的构建中，传统思路为将种子细胞种植于支架材料上，然后在体内或体外诱导成新生组织，由于缺乏诱导环境，细胞生长缓慢，导致这种方法不能快速及时地提供新生器官，而且传统思路存在种子细胞来源有限、需要二次手术等问题。
在制造方面，许多组织工程气管运用到水凝胶负载细胞因子，而由于水凝胶的多孔结构会导致加入其中的因子往往会在初期快速释放(即突释)，这样会导致加入在水凝胶中的细胞因子不能持续作用在周围组织中，使组织工程气管只能在初期发挥最佳作用。韩佳岐等人通过研究血管内皮生长因子(VEGF)的缓释制备了邻苯二酚壳聚糖水凝胶进行药物缓释，虽然可以将因子释放地缓慢而均匀，但是因子释放时间不到25天(中国实验诊断学.2022,26(03))。
发明内容
本发明的目的是提供用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶及制备方法和支架，以解决目前气管重建时上皮和软骨再生缓慢、因子快速释放的问题。
本发明采用以下技术方案：一种用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶，包含甲基丙烯酸酐化明胶、SDF-1α、负载TGF-β1的聚多巴胺纳米颗粒，水凝胶植入体内后，SDF-1α在14天内释放完毕，TGF-β于35天内缓慢释放完毕。
一种用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶的制备方法，由以下步骤组成：
步骤S1：将氨水与无水乙醇溶于双蒸水中，于室温下充分搅拌，将盐酸多巴胺粉末溶解于双蒸水中，然后加入氨水与无水乙醇的混合体系中，于室温反应并于避光条件下持续搅拌，将溶液离心得到沉淀物聚多巴胺纳米颗粒，将聚多巴胺纳米颗粒溶于双蒸水中制备PDA溶液，
步骤S2：将牛血清白蛋白溶于双蒸水中制备得到BSA溶液，将TGF-β1溶于BSA溶液中，将溶有TGF-β1的BSA溶液与PDA溶液充分混匀，将反应物离心收集沉淀，最终得到载TGF-β1聚多巴胺纳米颗粒，将载TGF-β1聚多巴胺纳米颗粒溶于PBS溶液中得到载TGF-β1聚多巴胺溶液，
步骤S3：制备含SDF-1α的BSA溶液，将光引发剂LAP溶于PBS中，加入双键改性明胶GelMA得到GelMA溶液，将含SDF-1α的BSA溶液、载TGF-β1 聚多巴胺溶液溶于GelMA溶液充分混合后即得到负载双因子水凝胶。
进一步地，在步骤S3中：将光引发剂LAP溶于PBS中后，用45℃水浴避光加热溶解15分钟，再加入双键改性明胶GelMA得到GelMA溶液，以65℃水浴避光加热溶解30分钟后，将GelMA溶液用过滤器灭菌。
进一步地，其中SDF-1α：TGF-β1质量比为1:10-10:1。
一种涂覆有用于加速气管上皮和软骨再生水凝胶的支架，支架上均匀涂覆有水凝胶溶液，支架的两端用于分别通过缝线将其与破损气管的两个残端进行固定，使得支架对破损气管进行修复重建，
支架为空心的圆柱形支架，支架由多条第一夹板和多条第二夹板相互交叉构成，各第一夹板和第二夹板交叉后形成的多个孔隙为受力孔，各第一夹板和第二夹板为螺旋状、且相互交叉后形成的受力孔为菱形。
进一步地，沿着各第一夹板的所有受力孔中一部分受力孔为实心孔，另一部分为空心孔。
进一步地，实心孔和空心孔间隔设置，且绕每个实心孔一周均为空心孔。
进一步地，受力孔的面积占整个支架表面积的85％-95％。
本发明的有益效果是：本发明的水凝胶能够有序募集并促进内源性干细胞向气管软化分化再生，对加速气管软骨有序再生和气管上皮再生具有重要意义；本发明的制备方法制备得到可以序贯缓释双诱导因子的水凝胶，将具有生物活性的 TGF-β结合到PDA表面，使TGF-β能缓慢释放的同时保留TGF-β活性，本发明的制备方法可以有效地保留SDF-1和TGF-β活性的同时，使SDF-1和TGF-β符合生理规律地序贯缓释，即先释放出募集干细胞的因子，再释放出促进干细胞分化的因子；本发明的支架能兼顾上皮细胞的募集和上皮组织的再生，对加速气管软骨和气管上皮有序再生具有重要意义。
附图说明
图1A为该水凝胶涂在PCL支架表面后的效果图，图1B为电镜图；
图2为负载TGF-β1的聚多巴胺纳米颗粒的表征图；
图3为该水凝胶释放SDF-1和TGF-β的规律图；
图4A为间充质干细胞在不同组分水凝胶影响下的迁移情况；图4B为支气管上皮细胞在不同组分水凝胶影响下的迁移情况；
图5为水凝胶中不同成份对细胞分化影响的结果；
图6为在兔气管前壁制造缺损将气管补片覆盖在缺损表面的示意图；
图7为1周和2周时气管上皮的生长情况；
图8为4周时气管软骨基质的水平；
图9为水凝胶的杨氏模量测试结果；
图10为水凝胶的溶胀测试结果；
图11为水凝胶的降解测试结果；
图12为载TGF-β1聚多巴胺纳米颗粒的形貌表征结果；
图13为载TGF-β1在聚多巴胺纳米颗粒的负载情况
图14为本发明的支架结构示意图；
图15为本发明COL2、ACAN、SOX9三个指标通过qPCR分析间充质干细胞向软骨分化的趋势图。
其中：1、第一夹板；2、第二夹板；3、受力孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
组织工程化器官的构建中，传统思路为将种子细胞种植于支架材料上，然后在体内或体外诱导成新生组织，但是这种方法不能快速及时地提供新生器官，存在种子细胞来源有限、需要二次手术等问题。
组织工程化器官的构建中，还有一种构建组织工程化器官构建思路，是制作具有生物诱导活性的支架，将内源性的干细胞趋化至支架上，进而分化成目标组织以修复相应缺损。这种思路在骨、软骨、心脏等组织工程构建中被证明具有一定的效果。根据这种思路，大量研究者通过使用单一诱导因子或者多诱导因子同时作用来促进内源性干细胞迁移并诱导软骨分化，但是都没有达到最好的效果。分析其原因，一个可能的解释是：在生物体内，内源性干细胞的迁移和分化是多因子在不同阶段分别发挥作用，单因子或多因子同时作用无法有效模拟体内环境。因此，序贯释放多种因子的思路值得尝试，即先释放趋化因子尽可能多地募集内源性干细胞，进而释放诱导软骨分化因子促进干细胞向软骨分化，从而促进软骨再生，这存在两方面的问题，一方面是合适的细胞因子选择具有一定的困难，另一方面单一细胞因子的释放或者同时释放多种细胞因子不符合生理规律。
本发明公开了一种用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶，包含甲基丙烯酸酐化明胶、SDF-1α、负载TGF-β1的聚多巴胺纳米颗粒，水凝胶植入体内后， SDF-1α在14天内释放完毕，TGF-β1于35天内缓慢释放完毕。
本发明的水凝胶由甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)作负载基质，包含SDF-1α和负载TGF-β1的聚多巴胺纳米颗粒。制备方式为先合成纳米颗粒聚多巴胺，再将TGF-β1负载于PDA上，最后在水凝胶中负载SDF-1α和负载TGF-β1的聚多巴胺纳米颗粒。
本发明还公开了一种用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶的制备方法，如图14所示，由以下步骤组成：
步骤S1：将氨水与无水乙醇溶于双蒸水中，于室温下充分搅拌，将盐酸多巴胺粉末溶解于双蒸水中，然后加入氨水与无水乙醇的混合体系中，于室温反应并于避光条件下持续搅拌，将溶液离心得到沉淀物聚多巴胺纳米颗粒，将聚多巴胺纳米颗粒溶于双蒸水中制备PDA溶液。
步骤S2：将牛血清白蛋白溶于双蒸水中制备得到BSA溶液，将TGF-β1溶于BSA溶液中，将溶有TGF-β1的BSA溶液与PDA溶液充分混匀，将反应物离心收集沉淀，最终得到载TGF-β1聚多巴胺纳米颗粒，将载TGF-β1聚多巴胺纳米颗粒溶于PBS溶液中得到载TGF-β1聚多巴胺溶液，
步骤S3：制备含SDF-1α的BSA溶液，将光引发剂LAP溶于PBS中，加入双键改性明胶GelMA得到GelMA溶液，将含SDF-1α的BSA溶液、载TGF-β1 聚多巴胺溶液溶于GelMA溶液充分混合后即得到负载双因子水凝胶。其中 SDF-1α：TGF-β1质量比为10:1-1:10，因为PDA的量远远大于TGF-β1的量，负载的时候基本可以完全包裹，加上在负载的上清液中也没有检测出游离的 TGF-β1。
在步骤S3中：将光引发剂LAP溶于PBS中后，用45℃水浴避光加热溶解 15分钟，再加入双键改性明胶GelMA得到GelMA溶液，以65℃水浴避光加热溶解30分钟后，将GelMA溶液用过滤器灭菌。
本发明还公开了一种涂覆有用于加速气管上皮和软骨再生水凝胶的支架，支架上均匀涂覆有水凝胶溶液，所述支架的两端用于分别通过缝线将其与破损气管的两个残端进行固定，使得支架对破损气管进行修复重建。
支架为空心的圆柱形支架，支架由多条第一夹板1和多条第二夹板2相互交叉构成，各第一夹板1和第二夹板2交叉后形成的多个孔隙为受力孔3，各第一夹板1和第二夹板2为螺旋状、且相互交叉后形成的受力孔3为菱形。
沿着各第一夹板1的所有受力孔3中一部分受力孔3为实心孔，另一部分为空心孔。实心孔和空心孔间隔设置，且绕每个实心孔一周均为空心孔。受力孔3 的面积占整个支架表面积的85％-95％。
第一夹板1和第二夹板2的宽度和厚度相同，第一夹板1和第二夹板2交叉处的厚度与第一夹板1的厚度相同。第一夹板1和第二夹板2可采用聚己内酯材料，并利用3D打印技术获得，实心孔的填充材料为聚己内酯薄片。
实施例1
步骤S1：合成可负载因子的纳米颗粒聚多巴胺(Polydopamine，PDA)的步骤如下：本发明所用聚多巴胺是用氧化自聚合的方法于碱性条件下制备，先将 0.5ml纯度为分析纯的氨水与20ml的无水乙醇溶于45ml的双蒸水中，于室温下溶液中磁子以300rpm的转速充分搅拌该体系。再将0.25g盐酸多巴胺粉末溶解于5ml双蒸水中，然后缓慢加入氨水与无水乙醇的混合体系中。将该体系置于室温反应，并于避光条件下溶液中磁子以300rpm转速持续搅拌，反应时间为30小时。为了得到去除杂质的聚多巴胺纳米颗粒，需要将反应物进一步纯化，步骤为：将反应物于10000rpm转速下离心10分钟，小心弃去上清液体，用无水乙醇重悬下层沉淀后以10000rpm转速进行离心，再重复该步骤2次。将最终得到的沉淀置于干燥箱中干燥2小时后可得到聚多巴胺纳米颗粒，产物置于4℃冰箱中保存。在使用时，将聚多巴胺溶于双蒸水中制备2mg/ml的PDA溶液。
步骤S2：PDA负载TGF-β1的方法：将牛血清白蛋白(Bovine albumin，BSA) 溶于双蒸水中制备得到浓度为2μg/ml的BSA溶液。为了保护因子活性，将10μg TGF-β1溶于5ml浓度为2μg/ml的BSA溶液中，充分混匀后与5ml浓度为2mg/ml PDA溶液混合，在室温下搅拌12h后，将反应物于10000rpm下离心10分钟，小心弃去上清液体，用双蒸水重悬下层沉淀后以10000rpm转速离心，再重复该步骤2次，收集沉淀，将最终得到载TGF-β1聚多巴胺纳米颗粒(PDA@TGF-β)，将5mg载TGF-β1聚多巴胺纳米颗粒溶于5ml PBS溶液中，得到5ml浓度为 1mg/ml的载TGF-β1聚多巴胺溶液。
步骤S3：负载双因子水凝胶的制备：将0.05g光引发剂LAP溶于10ml PBS 中，用45℃水浴避光加热溶解15分钟，加入1g白色海绵状的双键改性明胶 GelMA，以65℃水浴避光加热溶解30分钟后，将GelMA溶液立即用0.22μm无菌针头过滤器灭菌。
为了保护SDF-1α的因子活性，将10μg SDF-1α溶于1ml浓度为1mg/ml的 BSA溶液中，充分混匀，得到1ml浓度为10μg/ml的SDF-1α的BSA溶液。
将1ml浓度为10μg/ml的SDF-1α的BSA溶液、5ml浓度为1mg/ml的载 TGF-β1聚多巴胺溶液、4ml PBS溶于10ml GelMA溶液充分混合后即得到负载双因子水凝胶GelMA/SDF-1/PDA@TGF-β，简称G/S/P@T，产物置于-20℃冰箱中保存。其中，SDF-1α：TGF-β1的质量比值为2:1。
在步骤S3中：如果配制后立刻使用也可直接将10μg SDF-1α溶于1ml PBS 中，将溶有SDF-1α的PBS溶液加入GelMA溶液中。
1、水凝胶的材料表征
图1A为该水凝胶涂在PCL支架表面后的效果图，图1B为电镜图，从电镜图中可见该水凝胶呈多孔状，水凝胶中包裹负载TGF-β1的聚多巴胺纳米颗粒。图2为PDA和PDA@TGF-β的Zeta电势和粒径分析。Zeta电势是指液体中悬浮的粒子接近表面的静电势，是颗粒表面所带电荷数量的表征，不同的颗粒通常具有不同的Zeta电势。在对PDA和PDA@TGF-β的Zeta电势和粒径的测量结果中可见，PDA的粒径为(546.4±3.4)nm，PDA@TGF-β的粒径为(757.5±109.8) nm；PDA的Zeta电势为(-5.3±3.6)，PDA@TGF-β的Zeta电势为(-35.6±8.1) mV。PDA与PDA@TGF-β的粒径差别不大(p>0.05)可能是由于TGF-β与PDA 体积差别过大，负载TGF-β后的PDA@TGF-β难以在粒径测试中表现出体积的变化；但在Zeta电势测试中，由于TGF-β表面带有负电荷，PDA@TGF-β的Zeta 电势明显小于PDA的Zeta电势(p<0.01)，表明在PDA@TGF-β中PDA表面成功负载TGF-β。图3为该水凝胶释放SDF-1和TGF-β的规律。该水凝胶植入体内后，SDF-1α在前2周，即14天内释放完毕，TGF-β1于35天内缓慢释放完毕。
杨氏模量测试结果
通过测量两种水凝胶的杨氏模量结果显示，未加入双因子的水凝胶GelMA 杨氏模量为0.92±0.12kPa，加入双因子的水凝胶G/S/P@T杨氏模量为0.85±0.25 kPa，两者没有明显的统计学差异(p>0.05)(图9)。
溶胀测试结果
气管支架在移植入体内时，需要在一定时间内保持气管支架的形态不变，对于含水凝胶的材料而言，水凝胶通常会因为吸收水分产生溶胀现象而造成气管支架的形变。本发明通过检测不同时间点水凝胶溶胀后的质量以判断气管支架移植入体内后的形变程度。GelMA水凝胶和加入了双诱导因子的G/S/P@T水凝胶都在PBS中浸泡8h后达到溶胀平衡，其中GelMA达到溶胀平衡时的溶胀率为 (127.3±8.6)％，G/S/P@T的溶胀率为(153.4±6.7)％。结果表明，无论加入还是未加入双因子的水凝胶溶胀率都不高，对水凝胶固化后移植入体内的形变影响都不大(图10)。
纳米颗粒PDA@TGF-β的形貌表征结果
将TGF-β负载于PDA表面形成PDA@TGF-β，经提纯后呈现黑色或棕色(图 12A)。将提纯后的PDA@TGF-β分散于双蒸水中形成浓度为1mg/ml的 PDA@TGF-β溶液呈现黑色(图12B)。
通过表面扫描电子显微镜观察了PDA@TGF-β的微观形貌表征， PDA@TGF-β在表面扫描电子显微镜下可见颗粒分布均匀，杂质较少，在2万倍放大倍数下测量颗粒大小可知颗粒大小主要集中于500-600nm之间，表明本发明成功制备了均一的纳米尺度颗粒(图12C)。
Zeta电势和粒径结果
为进一步验证TGF-β在PDA@TGF-β表面的负载情况，本发明通过粒度仪对PDA和PDA@TGF-β进行了纳米颗粒的Zeta电势和粒径分析。Zeta电势是指液体中悬浮的粒子接近表面的静电势，是颗粒表面所带电荷数量的表征，不同的颗粒通常具有不同的Zeta电势。在对PDA和PDA@TGF-β的Zeta电势和粒径的测量结果中可见，PDA的粒径为(546.4±3.4)nm，PDA@TGF-β的粒径为 (757.5±109.8)nm；PDA的Zeta电势为(-5.3±3.6)，PDA@TGF-β的Zeta电势为(-35.6±8.1)mV。PDA和PDA@TGF-β的多分散系数(Polydispersity index， PI)都小于0.2，表明PDA与PDA@TGF-β的纳米颗粒均一性良好。PDA与 PDA@TGF-β的粒径差别不大(p>0.05)可能是由于TGF-β与PDA体积差别过大，负载TGF-β后的PDA@TGF-β难以在粒径测试中表现出体积的变化；但在 Zeta电势测试中，由于TGF-β表面带有负电荷，PDA@TGF-β的Zeta电势明显小于PDA的Zeta电势(p<0.01)，表明在PDA@TGF-β中PDA表面成功负载 TGF-β(图13)。
降解测试结果
水凝胶作为气管支架在体内有两个主要作用，一方面是释放双因子，另一方面是在移植初期封闭孔隙起到密闭气管管腔的作用，因此水凝胶需要在周围组织长入后再完全降解。通过降解实验发现，GelMA水凝胶比G/S/P@T水凝胶降解速度慢，但两者都在浸入PBS中30天之后完全降解，且降解速度全程保持缓慢而均匀，在体内有助于新生组织长入(图11)。
2、水凝胶的体外功能验证
材料的体外细胞验证需要将细胞种植在材料表面，然后观察细胞在材料表面的变化。由于本发明制造的含双诱导因子的水凝胶成份较多，需要验证和说明不同成份各自对细胞的作用，验证分组见表1。
表1
Figure RE-GDA0003746290350000111
图4A为间充质干细胞在不同组分水凝胶影响下的迁移情况；图4B为支气管上皮细胞在不同组分水凝胶影响下的迁移情况。总体来看，本发明的水凝胶可以更好地促进间充质干细胞和支气管上皮细胞的募集。图5为水凝胶中不同成份对细胞分化影响的结果，SOX9、ACAN、COL2是体现软骨分化的指标，结果可见本发明的水凝胶可以更好地促进软骨分化。
水凝胶的体内功能验证
本发明将该水凝胶涂在一半的3D打印PCL支架表面做成气管补片，如图6A 所示，然后通过手术在兔气管前壁制造一个缺损(图6B)，最后将气管补片覆盖在缺损表面(图6C)。对照组的气管补片为将纯GelMA水凝胶涂在一半的3D 打印PCL支架表面。
图7为1周和2周时气管上皮的生长情况，由图可知在第一周时实验组比对照组长得快，第二周时实验组与对照组上皮生长情况无统计学差异，且第二周时气管上皮几乎完全覆盖，说明实验组的上皮长得更快。
图8为4周时气管软骨基质的水平，用免疫组化COL2染色并通过H评分 (H-score)反应气管软骨基质水平。从图中可见4周时原生气管软骨基质水平与实验组无统计学差异，但是都明显高于对照组气管软骨基质水平。
实施例2
本发明对于SDF-1α、载TGF-β1聚多巴胺纳米颗粒的比列进行了验证，如图 15所示，验证了TGF-β1和SDF-1α在水凝胶中的不同比例对间充质干细胞分化的影响，实验中分为纯SDF-1组、TGF-β1与SDF-1α的质量比例分别为1：10、 1：5、1：2、1：1、2：1、5：1、10：1、纯TGF-β这9组，用COL2、ACAN、 SOX9三个指标通过qPCR分析间充质干细胞向软骨分化的趋势，发现当TGF-β1 与SDF-1α的比例为1：2时，水凝胶保留足量的SDF-1α用于促进间充质干细胞募集且水凝胶促进细胞分化的趋势最优。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶，其特征在于，包含甲基丙烯酸酐化明胶、SDF-1α、负载TGF-β1的聚多巴胺纳米颗粒，所述水凝胶植入体内后，SDF-1α在14天内释放完毕，TGF-β1于35天内缓慢释放完毕。
2.一种用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：
步骤S1：将氨水与无水乙醇溶于双蒸水中，于室温下充分搅拌，将盐酸多巴胺粉末溶解于双蒸水中，然后加入氨水与无水乙醇的混合体系中，于室温反应并于避光条件下持续搅拌，将溶液离心得到沉淀物聚多巴胺纳米颗粒，将聚多巴胺纳米颗粒溶于双蒸水中制备PDA溶液，
步骤S2：将牛血清白蛋白溶于双蒸水中制备得到BSA溶液，将TGF-β1溶于BSA溶液中，将溶有TGF-β1的BSA溶液与PDA溶液充分混匀，将反应物离心收集沉淀，最终得到载TGF-β1聚多巴胺纳米颗粒，将载TGF-β1聚多巴胺纳米颗粒溶于PBS溶液中得到载TGF-β1聚多巴胺溶液，
步骤S3：制备含SDF-1α的BSA溶液，将光引发剂LAP溶于PBS中，加入双键改性明胶GelMA得到GelMA溶液，将含SDF-1α的BSA溶液、载TGF-β1聚多巴胺溶液溶于GelMA溶液充分混合后即得到负载双因子水凝胶。
3.根据权利要求2所述的一种用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤S3中：将光引发剂LAP溶于PBS中后，用45℃水浴避光加热溶解15分钟，再加入双键改性明胶GelMA得到GelMA溶液，以65℃水浴避光加热溶解30分钟后，将GelMA溶液用过滤器灭菌。
4.据权利要求3所述的一种用于加速气管上皮和软骨再生的水凝胶的制备方法，其特征在于，其中SDF-1α：TGF-β1质量比为1:10-10:1。
5.一种涂覆有用于加速气管上皮和软骨再生水凝胶的支架，其特征在于，支架上均匀涂覆有水凝胶溶液，所述支架的两端用于分别通过缝线将其与破损气管的两个残端进行固定，使得支架对破损气管进行修复重建，
所述支架为空心的圆柱形支架，所述支架由多条第一夹板(1)和多条第二夹板(2)相互交叉构成，各所述第一夹板(1)和第二夹板(2)交叉后形成的多个孔隙为受力孔(3)，各所述第一夹板(1)和第二夹板(2)为螺旋状、且相互交叉后形成的受力孔(3)为菱形。
6.根据权利要求5所述的一种涂覆有用于加速气管上皮和软骨再生水凝胶的支架，其特征在于，沿着各所述第一夹板(1)的所有受力孔(3)中一部分受力孔(3)为实心孔，另一部分为空心孔。
7.根据权利要求6所述的一种涂覆有用于加速气管上皮和软骨再生水凝胶的支架，其特征在于，所述实心孔和空心孔间隔设置，且绕每个实心孔一周均为空心孔。
8.根据权利要求7所述的一种涂覆有用于加速气管上皮和软骨再生水凝胶的支架，其特征在于，所述受力孔(3)的面积占整个支架表面积的85％-95％。
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