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静电纺丝技术是一种基于在高压静电场中,导电流体能够产生高速喷射的原理来制备纳米纤维支架的技术。与传统方法(如相分离法)制备的多孔支架材料不同,静电纺丝技术可以控制纤维的直径、比表面积以及纤维的排列。
左旋聚乳酸(poly-L-lactic acid,PLLA)是一种常用的组织工程支架材料。本研究以PLLA为原料,利用静电纺丝技术,以金属平板、滚筒分别作为接收装置来分别制备具有无规则排列,平行排列的PLLA纳米纤维支架;然后利用热牵伸装置对滚筒接收的平行纤维支架热牵伸100%,得到超平行排布的PLLA纳米纤维支架。
三种不同拓扑结构的聚乳酸纳米纤维膜的纤维直径均为200-500nm,无规则组的纤维间距较大,超平行组的纤维间距最小。力学方面,超平行排列纳米纤维支架的拉伸强度最高为117.02 MPa,比无规则排列的支架高14.6倍,比平行排列的支架的5.42倍。XRD测试显示,经过热牵伸处理后,PLLA的晶形发生较大的变化。
成骨样细胞MG63与三种支架联合培养的增值结果显示,成骨样细胞MG63在无规排列以及平行排列的纳米纤维支架上的增殖数率要高于在超平行排列的PLLA纳米纤维上的增殖数率。SEM结果和激光共聚焦结果显示成骨细胞在无规则排列的纳米纤维支架上呈现多角型,在平行和超平行纳米纤维支架上呈现梭型,并且随着纤维取向度的增加,MG63成骨样细胞的长宽比越高。ELISA结果显示与规则排列的PLLA纳米纤维支架和平行排列的PLLA纳米纤维支架相比,在超平行排列的纳米纤维支架上成骨分化蛋白碱性磷酸酶(ALP),一型胶原(ColI),骨钙素(OC)表达量明显下调。
骨髓间充质干细胞在无规则排列的纳米纤维支架上MSC的增殖数率高于在超平行纳米纤维支架上的增殖。荧光共聚焦扫描显微镜显示,纤维取向对细胞骨架的取向有明显的引导作用。并且随着纤维取向度的增高,骨髓间充质干细胞的铺展面积越低,长宽比越高。
实时荧光定量PCR结果显示方显示无规则排列的PLLA纳米纤维支架无纺组上调成骨细胞分化特异性基因Runx2和OC,而平行排列的PLLA纳米纤维支架则上调神经分化Enolase-2和成肌分化的特异性基因MyoD。