水凝胶 静电纺丝_印度理工学院Bhuvanesh Gupta团队：明胶聚三亚甲基碳酸酯共混静电纺制备可用于人工血管的管状结构...

研究背景

明胶是一种生物医学材料，静电纺可以模拟天然细胞外基质的纳米纤维和微孔形态，因此，很多学者预测静电纺明胶可应用于组织工程支架。但明胶机械强度不高的问题限制了其在组织工程支架领域的应用。因此，出现了将明胶与合成聚合物(尤其是聚酯，如PLGA，PCL，PLA等)共混静电纺丝的趋势，但很多研究表明，这些复合物的力学性能有所提高，但聚酯的酸性降解产物可能会阻碍其在组织再生中的应用。在这方面，聚三亚甲基碳酸脂(PTMC)具有良好的力学性能、生物相容性和降解性能，且降解产物非酸性，将其与明胶复合具有作为组织工程支架的潜力。天然血管的中膜层主要由胶原蛋白和弹性蛋白组成，其中弹性纤维具有使扩张的血管回缩作用。明胶-PTMC共混物的静电纺丝可制造具有生物相容性优良、孔隙互连、机械强度高的复合生物材料，可用于模拟天然血管的中膜层，其中PTMC是一种弹性聚合物，可使复合材料具有一定的弹性。

工作介绍

这项研究将明胶-PTMC 共混水凝胶静电纺丝制备管状支架，优化静电纺丝参数(共混物浓度、收集器芯轴旋转速度、针尖与收集器的距离、进料速度、施加电压)以实现孔径和纤维直径最大且分布均匀，从而获得了光滑的微纤维和微孔。随后对所制备的明胶-PMTC管状支架的机械性能、表面形貌进行表征，证实其满足人工血管的物理性能要求。并对明胶-PMTC管状支架的生物学性能进行了评估，MTT分析(间接)阐明了该支架提取物的细胞活力在70％以上，根据EN ISO-10993-5/12标准可认为是无毒的；大鼠体内皮下植入显示在15天之内巨噬细胞明显减少，表明其生物相容性和与宿主整合的可能性。这项研究首次展示了微孔电纺明胶和PTMC共混物的管状结构作为血管组织工程生物材料的潜力，也可包含在双层或三层聚合物结构中的模拟血管中层。

图文导读

(1) 静电纺丝参数(共混物浓度、收集器芯轴旋转速度、针尖与收集器的距离、进料速度、施加电压)变化对支架纤维形态、孔径、直径及其分布的影响。

(2) 用优化的电纺丝参数制造的管状支架。

(3)管状支架的机械性能

(4)管状支架的表面形貌

(5) MTT分析测定不同浓度支架浸提液中的细胞活力

(6) 在大鼠皮下植入圆盘支架，并在7天和15天进行组织切片、CD68抗体标记检测巨噬细胞

结  论

明胶和PTMC的复合模拟了血管中膜层中胶原蛋白和弹性蛋白的组合。该方法弥补了明胶机械性能的不足，使复合材料支架的弹性模量达到0.45 MPa，近似于天然血管。明胶-PTMC管状结构表面上具有脊和孔的形貌，可能有助于改善蛋白质的吸附，从而促进细胞粘附和增殖。明胶-PTMC共混物静电纺丝参数会影响纤维形态、直径、孔径及其分布，优化纺丝参数可获得纤维直径、孔径最大且分布均匀的光滑纤维。最终得到的最优静电纺丝参数为：明胶-PTMC共混物浓度 PTMC 10％，收集器芯轴旋转速度2000 rpm，针尖与收集器之间的距离9 cm，进料速度0.5 mL/ h，施加电压20 kV，自旋时间为6 h。MTT分析可判断出明胶-PTMC支架材料细胞毒性小、生物相容性好，体内研究展现出其整合到宿主中的潜力和其作为血管移植物的预期植入时间。这项研究表明，明胶-PTMC静电纺管状结构可以用作多层聚合物支架中的弹性中间层，且明胶-PTMC共混物具有用于制造血管等微孔管状结构的潜力。

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文字：陶慧、高立恒

排版：郭赛凤

责编：邹婷、毛吉富

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