【摘 要】
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背景生物组织工程研究中,通过改变生物材料的微观结构进而调控细胞黏附、增殖、迁移行为,已然成为科学研究的热点和趋势。静电纺丝技术是制备微/纳米级纤维常用有效方法,采用该技术所制备的微/纳米级纤维膜可以更好地模拟细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM)的结构特征,在组织修复等生物医学领域有着重要作用。然而,由于电纺液喷射的不稳定性,形成“泰勒锥”现象,导致传统的电纺纤维呈现无序排
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背景生物组织工程研究中,通过改变生物材料的微观结构进而调控细胞黏附、增殖、迁移行为,已然成为科学研究的热点和趋势。静电纺丝技术是制备微/纳米级纤维常用有效方法,采用该技术所制备的微/纳米级纤维膜可以更好地模拟细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM)的结构特征,在组织修复等生物医学领域有着重要作用。然而,由于电纺液喷射的不稳定性,形成“泰勒锥”现象,导致传统的电纺纤维呈现无序排列状态,对于细胞生长的调控性较差,极大限制了在生物医学领域的应用。采用静电纺技术制备有序的微/纳米纤维膜也成为重要的研究方向。聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)被认为具有良好的生物相容性和生物可降解性,可用作细胞生长支持材料。因此以PLA为原料,通过静电纺丝构建有序纤维膜可以为组织修复和再生提供新的解决办法,尤其对结构特异性组织(如神经组织)的构建尤为重要。施万细胞(Schwann Cells,SCs)是外周神经系统的成髓鞘胶质细胞,具备一定的取向生长性,对于神经再生与修复有着明确的指导作用,有序的电纺纳米纤维对其而言是十分有利的载体。目的本研究利用静电纺丝技术采用不同PLA纺丝液浓度制备纤维膜,探讨溶液浓度对材料可纺性的影响,然后通过改进电纺过程接收装置的转速参数,制备具有有序纤维结构的PLA纤维膜,并采用体外细胞培养实验研究其生物学性能。方法采用静电纺丝技术,制备三种不同PLA纺丝液浓度(10%、12%、14%)的纤维膜,对其用光学显微镜、扫描电镜观察纤维形貌并进行孔隙率测算。选用较佳PLA纺丝液浓度,采取滚筒收集法接收纤维纺丝,调整滚筒转速参数,制备有序PLA纤维膜,对其微观形貌、孔隙率、吸水性、亲水性、降解性和力学性进行一系列表征。以纤维膜的有序结构对大鼠施万细胞(Rat Schwann cells,RSC96)生物学行为的诱导作用为指导,通过成熟的RSC96细胞分离、培养技术,检测细胞在纤维膜上的增殖和迁移情况。采用t检验对数据进行统计学分析,P<0.05表示差异具有统计学意义。结果(1)纤维直径与纺丝液浓度呈现正相关,PLA纺丝液浓度为12%时,微/纳米纤维形态较好,纤维平均直径为1.03μm,纤维膜孔隙率为54.7%,对于构建纤维膜性能较好。(2)静电纺丝实验参数中,接收装置的转速对纺丝纤维的有序性起到关键作用;同时,制备的有序PLA纤维膜中纤维排列整齐,直径均匀,孔隙率为71.6%,平均吸水率约为525.56%,最大应力拉伸强度为4.2MPa,最大弹性形变量约为20%,符合神经组织工程的各项指标;12周的体外降解实验分析,降解过程失重率稳定增长,12周的失重率达12.68%,实现了生物力学性能的可控调节。(3)利用有序PLA纤维膜进行体外细胞培养,结果显示,有序PLA纤维膜对细胞活性和增殖无影响,纤维膜生物相容性良好,且RSC96细胞在有序纤维上的增殖迁移呈现一定的方向性,生长形态均匀有序。结论通过对不同纺丝液浓度的纤维膜形貌学分析,12%PLA溶液浓度的纤维形态良好,选用此溶液浓度,调整接收装置转速,制备的有序PLA纤维膜各项性能均符合神经组织工程指标,实现了生物力学性能的可控调节,且成功诱导RSC96细胞定向增殖迁移。所得结论对于构建神经组织工程方面具有一定的推动作用。
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