明胶/氧化纳米纤维素高弹性模量高孔隙皮肤支架的3D打印工艺

背景:在采用主动修复治疗手段应对皮肤创伤时,需要使用组织工程技术生成新的组织来代替坏死组织,皮肤支架在创伤修复领域具有良好的应用前景。皮肤支架需要呈现具有一定力学强度的三维多孔结构,以满足细胞增殖分裂的需求,而目前使用的明胶基生物材料力学强度弱,无法达到皮肤支架的使用要求。目的:针对明胶/氧化纳米纤维素复合材料制备组织工程皮肤支架时使用的3D打印工艺进行研究,重点研究不同工艺参数下制备皮肤支架的孔隙率与其力学强度之间的关系。方法:从葎草中提取10%浓度的氧化纳米纤维素晶须,再与5%的明胶复合得到明胶/氧化纳米纤维素复合材料,检测明胶与明胶/氧化纳米纤维素复合材料的弹性模量。以明胶/氧化纳米纤维素复合材料为基材,采用3D打印挤压成型方法制备皮肤支架,通过对材料进行力学性能测试和流变特性测试确定挤压成型工艺参数(填充间隙1.5-2.5 mm,0.1 mm均布;气压160-200 kPa),并以此制备具有三维多孔结构的皮肤支架。对皮肤支架进行了抗压性能的测试并与有限元分析结果相对比,论证了支架打印时的填充间隙与支架孔隙率及力学强度之间的关系。结果与结论:①通过实验得出,加入10%浓度的氧化纳米纤维素晶须使5%明胶的弹性模量度提升了8.84倍;在气压160 kPa下挤出成型可以得到1 mm直径的丝状凝胶,此时填充间隙从1.5 mm增大到2.5 mm会使支架的理论孔隙率从33%上升到60%,但抗压强度从230000 Pa降低到95000 Pa;②结果显示,使用2 mm填充间隙制备得到了理论孔隙率为50%、弹性模量160000 Pa的皮肤支架,该支架具有清晰的三维多孔结构。

软组织和硬组织再生过程中的电纺纳米纤维支架

背景:目前,静电纺丝纳米纤维是天然细胞外基质的仿生材料,其包含互连孔隙的三维网络,已成功用作各种组织再生的支架,但目前仍面临着如何将生物材料扩展成三维结构以再现组织微环境的生理、化学以及机械性能的挑战。目的:总结归纳静电纺丝的工艺、原理,探讨由此生产的静电纺丝纳米纤维在皮肤、血管、神经、骨骼、软骨和肌腱/韧带等组织再生中的应用。方法:以“静电纺丝、电纺纳米纤维、电纺纳米纤维支架、组织再生”为中文检索词,“Electrospinning,electrospun nanofibers,electrospun nanofiber scaffolds,tissue regeneration”为英文检索词,检索Google学术、PubMed和中国知网数据库,最终纳入88篇文献进行综述分析。结果与结论:①静电纺丝纳米纤维是天然纤维状细胞外基质的仿生材料,并包含互连孔隙的三维网络,在各种组织再生的支架领域中应用较多。②多篇文献阐述了电纺纳米支架应用于皮肤、血管、神经、骨骼、软骨和肌腱/韧带组织再生的巨大潜力,为其最终应用于临床疾病治疗,或转化为实际产品进入市场提供了坚实的理论基础。③但目前的研究成果多是基于体外的细胞实验研究成果,能否最终应用于人体尚需临床验证。④目前国内外已有多种用于各种临床需求的电纺产品商业化,表明用于软组织和硬组织再生的电纺纳米纤维支架研究领域具有重大的研究价值和应用潜力。

静电纺丝纳米纤维支架在骨组织工程中的应用研究

骨缺损和骨疾病的治疗一直是临床医学的重要研究方向。尽管传统的移植手术在治疗这些问题上取得了较好效果,但它仍然受到一些限制,包括供体数量有限、免疫排斥反应以及引发的移植并发症等问题,这些因素限制了传统移植手术的广泛应用。因此,骨组织工程作为一种新兴的治疗方法备受研究者的关注。静电纺丝纳米纤维支架因其独特的结构特性和生物活性而被认为是骨组织工程领域的理想材料。然而,为了实现最佳的骨再生效果,如何优化静电纺丝纳米纤维支架的设计和应用仍有许多问题需要深入研究。通过文献综述了静电纺丝纳米纤维支架的特点以及在骨组织工程中的应用,期望为开发更有效、更安全的骨组织工程支架提供参考。

透明质酸改性PHBV组织工程纳米纤维支架的研究

组织工程支架材料表面性质对细胞的黏附起着重要作用,进而影响细胞的增殖、分化等一系列生长过程.本研究采用天然生物大分子透明质酸(hyaluronic acid,HA)对聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate),PHBV)进行表面修饰以提高材料的表面生物活性.首先通过静电纺丝法制备PHBV纳米纤维支架,利用1,6-己二胺胺解在PHBV表面引入自由胺基,并以此为反应活性位点在水溶性的碳化二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺缩合剂体系中将透明质酸固定接枝在PHBV表面.SEM结果表明,静电纺丝制备的PHBV纳米纤维支架表面平滑程度高,纤维直径分布较均匀,且没有串珠;FTIR证明1,6-己二胺改性及透明质酸接枝改性PHBV纳米纤维支架材料均成功实现;茚三酮法表明PHBV表面胺基密度随胺解时间增加而增大,在胺解约50min时达到最大值;水接触角法表明固定接枝透明质酸后,表面亲水性明显改善;细胞实验表明透明质酸改性的PHBV纳米纤维支架可显著促进软骨细胞的体外增殖.综上所述,透明质酸改性的PHBV纳米纤维支架可望应用于软骨组织工程领域.

载骨髓间充质干细胞的高孔聚己内酯-胶原纳米纤维膜修复大鼠长期鼓膜穿孔

背景:近年来出现许多新颖的鼓膜修补材料,包括贴片、3D打印支架等,然而经过这些材料修补后的鼓膜在厚度和内部结构上不同于天然鼓膜。目的:探究载骨髓间充质干细胞的高孔聚己内酯-胶原纳米纤维膜修补大鼠长期鼓膜穿孔的效果。方法:利用静电纺丝技术分别制备聚己内酯、聚己内酯-胶原与高孔聚己内酯-胶原纳米纤维膜,表征支架的表面形态、孔隙率及细胞相容性。取50只雄性SD大鼠,使用无菌23号针头刺破双耳鼓膜后下部联合丝裂霉素C、氢化可的松用药法建立鼓膜穿孔模型;造模12周后,采用随机数字表法将大鼠分为5组:空白对照组不进行任何治疗,其他4组鼓膜穿孔处分别植入聚己内酯纳米纤维膜(聚己内酯组)、聚己内酯-胶原纳米纤维膜(聚己内酯-胶原组)、高孔聚己内酯-胶原纳米纤维膜(高孔聚己内酯-胶原组)与载骨髓间充质干细胞的高孔聚己内酯-胶原纳米纤维膜(载细胞高孔聚己内酯-胶原组),每组10只,支架植入1,2,3,4周利用耳内镜检查鼓膜愈合情况,植入4周后进行鼓膜组织苏木精-伊红、Masson染色与Ki-67免疫组化染色观察。结果与结论:①支架表征:扫描电镜显示相较于其他纳米纤维膜,高孔聚己内酯-胶原纳米纤维膜具有排列更加整齐的纳米纤维结构与更大的表面孔径,并且孔隙率更高(P<0.001);细胞活死染色显示,骨髓间充质干细胞在3种支架上附着良好,其中高孔聚己内酯-胶原纳米纤维膜上的活细胞数量多于其他两种支架;阿尔马兰染色显示,高孔聚己内酯-胶原纳米纤维膜上的骨髓间充质干细胞增殖率高于其他两种纤维膜;②动物实验:除空白对照组外,随着纤维膜植入时间的延长,其他4组大鼠鼓膜逐渐愈合,其中载细胞高孔聚己内酯-胶原组愈合速度最快;苏木精-伊红、Masson与Ki-67免疫组化染色显示,载细胞高孔聚己内酯-胶原组大鼠鼓膜厚度适中且具有3层结构,其中胶原纤维层均匀一致,与正常鼓膜相似,鼓膜修复质量好于其他纤维膜组;③结果表明:载骨髓间充质干细胞的高孔聚己内酯-胶原纳米纤维膜不仅能够快速修补鼓膜穿孔,而且新愈合鼓膜在组织结构和厚度上类似于正常鼓膜。

可降解型PHBV/PBAT/TiO_(2)抗菌纳米纤维膜制备

为制备一种可生物降解型抗菌纳米纤维膜,对PHBV与PBAT混纺纺丝液的质量分数和质量比以及加入抗菌剂纳米TiO_(2)的质量分数进行探究。通过扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱、差示扫描量热分析、力学性能测试和亲水性能测试,结果表明,PHBV/PBAT质量比为50∶50、质量分数为13.0%时纳米纤维膜具有良好纤维形态并具备一定的力学性能和疏水性。其中添加1.0%的TiO_(2)的PHBV/PBAT/TiO_(2)纳米纤维膜的断裂伸长率由137.5%增加到203.1%,并且疏水性显著提高。抗菌结果表明,其具有优异的抗菌性能,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率高达98.0%以上。

纤维素纳米晶增强的壳聚糖-明胶-羟基磷灰石骨缺损修复支架

纳米纤维素具有高模量、高强度、生物相容等优良特点,在生物医用领域展现出应用潜力。针对天然高分子骨缺损修复支架强度不足、降解过程机械强度下降等问题,采用纤维素纳米晶(CNC)予以改善。首先通过天然高分子凝胶化过程中的自组织,形成模拟天然骨中哈佛斯系统的壳聚糖-明胶-羟基磷灰石复合材料;进一步研究CNC对壳聚糖(CS)凝胶的增强作用;以CS-CNC复合凝胶为结构框架,通过界面融合可以形成组合凝胶;采用体外降解实验研究CS-CNC复合凝胶的降解。通过对天然生物质的仿生结构设计以及强度提升研究,探索CNC对提高支架综合性能的作用,发掘纳米纤维素在生物医用领域应用潜力。

载抗菌肽壳聚糖/骨粉/纳米微晶纤维素颌骨修复支架的理化性能

背景:单一生物材料较难达到理想骨组织工程支架材料的标准,多种生物材料复合及优势互补是构建出理想支架的有效途径。目的:构建出新型颌骨修复支架,并检测其关键理化性能。方法:采用冷冻干燥法制备羧甲基壳聚糖/骨粉/纳米微晶纤维素/抗菌肽颌骨修复支架,观察分析支架的微观结构,测定支架的抗拉强度、断裂伸长率,评估支架的吸水率、体外降解率、热稳定性和抗菌肽缓释作用。结果与结论:①扫描电镜下可见,制备的颌骨修复支架具有均匀多孔网状结构,平均孔径为114.9μm,支架的吸水率为(698.8±53.8)%,支架的断裂伸长率介于8%-10%,抗拉强度介于0.7-0.9 MPa,应力-应变关系与自然的软骨组织相类似;②热重曲线显示,在200℃以下,颌骨修复支架材料轻微失重;在200-400℃之间,支架材料明显失重;在600℃以上时,支架材料失重严重;③体外药物释放结果显示,该支架在最初的12 h内释放出(58.40±1.79)%的抗菌肽,12 h后药物释放率下降,近20%的抗菌肽在6 d后仍未释放,有利于药效持续稳定;④将支架分别浸泡于PBS与含溶菌酶的PBS中,在28 d时,无溶菌酶与含溶菌酶条件下的支架降解率分别为70%,85%;⑤结果显示,载抗菌肽的羧甲基壳聚糖/骨粉/纳米微晶纤维素支架具有良好的吸水性能、热稳定性、降解性能与机械性能。

双喷头静电纺丝法制备载软骨脱细胞基质的复合纳米纤维支架

背景:软骨脱细胞基质是一种理想的用于构建软骨组织工程支架的生物材料,可以用于软骨缺损的修复。目的:以聚乙烯醇为脱细胞基质的负载材料,3-羟基丁酸酯与4-羟基丁酸酯共聚物为框架材料,通过双喷头静电纺丝构建复合纳米纤维支架,并初步探索其体外生物活性。方法:通过酶、化学与超声振荡清洗结合的方法去除软骨组织中的细胞成分,制成软骨脱细胞基质。用双喷头静电纺丝的方法分别制备3-羟基丁酸酯与4-羟基丁酸酯共聚物(记为P34HB)、3-羟基丁酸酯与4-羟基丁酸酯共聚物-聚乙烯醇(记为P34HB-PVA)、3-羟基丁酸酯与4-羟基丁酸酯共聚物-聚乙烯醇-脱细胞基质(记为P34HB-PVA-dECM)纳米纤维支架,表征支架的纤维形貌、组成成分、亲水性能和力学性能。将人骨髓间充质干细胞与3种支架共培养,通过Live/Dead染色来检测细胞在支架的活力,扫描电镜观察细胞在支架上的黏附形态,阿尔玛蓝试剂盒检测细胞在支架上的增殖性能,Ⅱ型胶原免疫荧光评估细胞在支架上的成软骨分化。结果与结论:(1)扫描电镜下可见,各组支架纤维呈随机分布,纤维之间互相连接呈现多孔结构,其中P34HB-PVA-dECM支架的纤维直径最小;P34HB-PVA-dECM支架的水接触角小于P34HB、P34HB-PVA支架(P<0.05),吸水率高于P34HB、P34HB-PVA支架(P<0.05);P34HB-PVAdECM支架的弹性模量高于P34HB、P34HB-PVA支架(P<0.05);(2)Live/Dead染色结果显示,大多数骨髓间充质干细胞在3组支架上均能够存活;扫描电镜观察显示,骨髓间充质干细胞在P34HB-PVA-dECM支架上的伪足伸展更充分,与支架的融合更好;阿尔玛蓝染色显示,P34HB-PVA-dECM支架上的骨髓间充质干细胞增殖速度快于P34HB、P34HB-PVA支架(P<0.05);免疫荧光染色显示,P34HB-PVA-dECM支架上骨髓间充质干细胞生成的Ⅱ型胶原量多于P34HB、P34HB-PVA支架(P<0.05);(3)结果表明,P34HB-PVA-dECM支架具有更细的纤维结构、更好亲水性和力学性能,更适合细胞黏附、增殖,有利于骨髓间充质干细胞向成软骨方向分化。

静电纺纳米纤维用于组织工程支架

目的:描述静电纺支架的性质对细胞生长行为的影响及其在伤口敷料和皮肤、软骨、骨、血管、神经等组织工程领域的应用,介绍静电纺与其他支架相结合的制备方法,为开发理想的组织工程支架提供参考。资料来源:应用计算机检索Pubmed数据库1998-01/2007-01关于静电纺制备组织工程支架方面的相关文章,检索词为"electrospinning,tissue engineering scaffolds,nanofiber",并限定文章语言种类为英语。资料选择:对资料进行初审,选取包括静电纺丝和组织工程支架的文献。排除标准:综述和重复实验。资料提炼:共收集到65篇静电纺制备组织工程支架相关文献,54篇纳入符合标准的文献,排除11篇综述。资料综合:静电纺纳米纤维直径、亲水性及纤维取向对细胞生长行为有影响。静电纺组织工程支架在伤口敷料和皮肤、软骨、骨、血管、神经等组织工程领域具有广泛应用研究,研究包括天然材料、合成材料的各种材料在可纺基础上的生物相容性。结论:静电纺纳米纤维能最大程度仿生细胞外基质的结构,孔隙率高,通过多种材料的静电纺研究及其生物相容性研究,有望得到适用不同组织的支架材料。

纳米纤维组织工程支架及其纳米效应研究进展

综述了纳米纤维组织工程支架的最新研究进展,评述了其制备技术、特点及其存在的纳米效应。指出天然细胞外基质为三维纳米纤维结构,其纤维连续,直径为纳米级,包含比例确定的纳米与微米空间,且与细胞存在纳米水平的相互作用;然而,目前的人工纤维支架,其纤维直径多为微米或数百纳米,或者缺乏纳米空间。采用生物纳米技术获得的细菌纤维素纳米纤维,其直径小于10nm,自身呈三维网状结构,富含纳米空间,是构建新一代纳米组织工程支架的理想材料。

牙周膜细胞在网格型与无纺型聚乳酸纳米纤维支架材料上体外培养的研究比较

研究对比牙周膜细胞在无纺型和网格型聚乳酸纳米纤维膜上的生长行为,探讨支架结构对细胞生长的影响。采用静电纺丝技术,用金属平板或金属网分别接收,得到无纺型和网格型聚乳酸纳米纤维膜;通过SEM观察两种支架形貌差异,并测试比较它们的力学性能。通过MTT测试和SEM观察,比较无纺型和网格型纳米纤维膜对细胞生长的影响。实验结果：网格型膜的纤维直径平均为500－600 nm;无纺型膜的纤维直径大于网格型膜,平均直径约为700 nm,但网格型膜的拉伸断裂应变略大。牙周细胞与支架联合培养的MTT结果显示,与在聚苯乙烯（TCPS）培养板上的培养比较,两种纳米纤维膜都显示出促进细胞增殖的效果,其中网格膜的促进效果比无纺膜更加明显。SEM观察的结果显示,细胞无法进入无纺型膜内部生长,而网格型膜中由疏松纤维堆积形成的大孔结构则非常有利于细胞进入支架内部,细胞在后者上生长良好。因此,网格型纳米纤维支架是一种优于纤维为完全无纺排布的支架,更适用于组织工程研究。

纳米羟基磷灰石／壳聚糖-羧甲基纤维素复合支架材料的研究

用冷冻干燥法制备了不同比例的纳米羟基磷灰石/壳聚糖-羧甲基纤维素(n-HA/CS-CMC)无机/有机复合多孔支架材料,并探讨了其复合机理及无机组分n-HA对复合支架的结构形貌、力学性能、体外降解性能的影响.结果表明,其复合支架主要是通过无机组分n-HA均匀分散充填在CS-CMC聚电解质有机网络结构中形成的,且三组分间有较强的化学键合.无机组分n-HA的加入使孔结构变得不规则,孔隙率略有减小,使复合支架的抗压缩强度提高,并且可使其体外降解速度减慢.无机组分n-HA含量为40%复合支架材料的性能最佳,有望用作骨组织工程支架材料.

聚乳酸-聚己内酯/丝素蛋白三元复合纳米纤维膜支架的结构与性能

通过静电纺丝技术制备出不同质量比的聚乳酸-聚己内酯/丝素蛋白(PLA-PCL/SF)复合纳米纤维膜支架,采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪对纳米纤维膜的形貌和结构进行表征,测试纤维膜的孔隙率和吸附性能。结果表明:PLA-PCL与SF这2种组分的质量比对复合纳米纤维膜的形貌有显著影响,质量比为90∶10和70∶30的纳米纤维表面分布着密集的孔洞;PLA-PCL/SF复合纳米纤维膜中SF经甲醇处理后由无定形结构转变为β-折叠结构;随着复合纳米纤维膜中SF含量的增加,纳米纤维膜的孔隙率和吸附性也逐渐降低。接触角实验和小鼠胚胎成纤维细胞(NIH-3T3)培养结果表明,SF的加入提高了纳米纤维膜的亲水性,有利于NIH-3T3细胞的黏附和增殖。

纳米纤维结构支架的构建及其对再生医学的意义

通过静电纺丝技术可以仿生天然细胞外基质(ECM)的结构特点和生物学功能,构建具有纳米纤维结构的细胞生长支架,为引导组织的再生与修复提供理想的细胞生长微环境。本文介绍了静电纺丝技术的基本原理、影响支架微观结构的主要因素、以及支架在介导细胞生长中的作用和一些应用探索;重点阐述了近几年来静电纺丝技术在促进细胞黏附、增殖以及支持干细胞生长和分化等方面的研究进展,并对今后的研究提出了展望和思考。

单一热致相分离法制备聚乳酸纳米纤维大孔支架

在不结合其它致孔方法的条件下,基于单一的热致相分离的方法,采用聚左旋乳酸(PLLA),二氧六环,水三元体系,测量了体系的浊点和凝胶点,并在此基础之上系统地研究了溶液浓度,溶剂配比,凝胶温度,凝胶时间对支架大孔,纳米纤维的影响,在质量分数为5%,m(溶剂配比二氧六环)/m(水)=87/13,凝胶温度25℃,凝胶时间15min的条件下,制备了含有100μm以上大孔,同时孔壁上分布均匀的纳米纤维的PLLA支架,孔隙均匀,连通性很好。

3D自组装肽纳米纤维支架对胰岛细胞分泌功能的影响

背景:3D自组装肽纳米纤维支架能很好模拟体内微环境,给予细胞必要的结构模式,促进细胞外基质的正确组成及细胞的生长,改善细胞功能。目的:体外观察3D自组装肽纳米纤维水凝胶支架对胰岛细胞分泌功能的影响。方法:将3D自组装肽纳米纤维水凝胶支架与成年大鼠胰岛细胞共培养,AO-PI荧光染色法检测胰岛细胞的活性及生存率;放射免疫法测定胰岛细胞的分泌功能;扫描电镜观察胰岛细胞包裹在3D纳米支架中成三维立体的生长状态。结果与结论:在3D纳米支架培养环境中胰岛细胞纯度≥80%;3D纳米支架组胰岛生存率及胰岛细胞分泌功能明显高于无支架组(2D培养组)(P<0.05);扫描电镜显示自组装肽纳米纤维支架形成了具有几何形状的纳米级薄层,将胰岛细胞包裹在3D纳米支架中,胰岛细胞成三维立体生长。表明3D自组装肽纳米纤维支架可为胰岛细胞体外生存提供3D培养环境,改善胰岛细胞的活性、分泌功能及形态,延长胰岛细胞体外生存期。

纳米羟基磷灰石/聚磷酸钙纤维/聚乳酸骨组织工程复合支架的特性

背景:近年来国内外在骨与软骨组织支架复合材料方面进行了广泛的研究,取得了积极的成果,但仍存在许多问题。目的:观察纳米羟基磷灰石/聚磷酸钙纤维/聚乳酸(HAP/CPP/PLLA)骨组织工程支架复合材料的特性。方法:采用溶媒浇铸、粒子滤取技术与气体发泡相结合的方法制备出纳米HAP/CPP/PLLA骨组织工程支架复合材料,测试该支架复合材料的物理力学性能,并用扫描电子显微镜对其微观结构进行观察。结果与结论:结果表明,纳米HAP/CPP/PLLA支架复合材料具有三维、连通、微孔网状结构,并具有较高的孔隙率和较好的压缩模量,是理想的骨组织工程支架材料。

聚乳酸/胶原蛋白取向纳米纤维支架的性能

为研究取向纳米纤维的性能及取向纳米纤维对细胞生长的引导作用,利用可降解的聚乳酸和胶原蛋白为原料,通过静电纺丝方法制备了随机和取向排列的聚乳酸(PLLA)、聚乳酸/胶原蛋白(PLLA/Coll)纳米纤维支架材料。利用扫描电镜、红外光谱仪等研究了纳米纤维的形态结构、化学性能和力学性能等,并在其表面培养间充质干细胞(MSCs),研究细胞在不同的支架表面的生长形态。结果表明:取向纳米纤维具有较细的纤维直径,各向异性的结构性能,平行于纤维排列方向的润湿性能和优于垂直于纤维排列方向的断裂强度。复合PLLA/Coll支架表面含有细胞识别基团,能增强细胞的黏附和增殖,培养在取向PLLA/Coll纳米纤维支架上的MSCs呈现取向的纺锥形态,与体内MSCs的形态更类似。

纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合纳米纤维支架材料的研究

采用静电纺丝的方法制得纳米羟基磷灰石(n-HA)/聚乳酸(PLA)(n-HA/PLA)复合纳米纤维支架材料,通过仪器测试,分析研究了不同n-HA用量对n-HA/PLA的形貌与性能的影响。研究结果表明:当n-HA用量为10%(wt,质量分数)条件下,其在聚乳酸纳米纤维表面均匀分布,n-HA/PLA复合纳米纤维支架材料的断裂强度、断裂伸长率达到最大,分别为670.52cN·m/g、105.54%,热性能也得到了提高。