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PPDO/SF波状纳米纤维支架的制备及其在肌腱组织工

公司新闻    2021-09-22 16:16

Tendon-bioinspired wavy nanofibrous scaffolds provide tunable anisotropy and promote tenogenesis for tendon tissue engineering

青岛大学吴韶华&陈韶娟Mater. Sci. Eng. C:PPDO/SF波状纳米纤维支架的制备及其在肌腱组织工程中的应用

 

DOI: 10.1016/j.msec.2021.112181

 

利用间充质干细胞构建肌腱仿生纳米纤维支架有望改善传统肌腱修复方法的不良效果。本研究采用静电纺丝技术和随后的热乙醇处理制备了由聚对二氧环己酮(PPDO)和丝素蛋白(SF)复合材料组成的纳米纤维支架。PPDO/SF复合支架呈现出平行纤维排列,具有卷曲特征和非线性力学性能,模拟了天然肌腱组织力学的结构-功能关系。研究表明,通过调节PPDO/SF的质量比,可以调整所制备PPDO/SF波状纳米纤维支架(WNSs)的纤维卷曲度和力学性能。生物学试验表明,添加SF明显促进了WNSs上人肌腱细胞的细胞粘附、增殖和表型维持。对皮下植入的初步研究表明,与纯PPDO WNSs相比,PPDO/SF WNSs显著降低了炎症反应。更重要的是,通过上调肌腱相关蛋白和基因标记物的表达,研究者发现生长因子诱导和机械刺激的组合可显著增强人脂肪间充质干细胞在PPDO/SF WNSs上的成腱分化。总体而言,本研究所制备的PPDO/SF WNSs可以为各种细胞活动提供有利的微环境,是肌腱组织工程研究的一个极具吸引力的对象。

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图1.(A)静电纺丝技术示意图,以制备具有定向纳米纤维结构的支架。(B)静电纺丝定向纳米纤维支架(ANSs)的示意图和(C)典型SEM图像。(D)通过热乙醇处理获得波状纳米纤维支架(WNSs)的示意图和(E)典型SEM图像。

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图2.三种不同WNSs的SEM图像:(A)PPDO WNSs;(B)4/1 PPDO/SF WNSs;(C)2/1 PPDO/SF WNSs;比例尺:上图为25μm,下图为5μm。(D)PPDO WNSs、4/1 PPDO/SF WNSs和2/1 PPDO/SF WNSs的纤维平均直径。(E)PPDO WNSs、4/1 PPDO/SF WNSs和2/1 PPDO/SF WNSs的纤维卷曲测量。

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图3.(A)PPDO WNSs、4/1 PPDO/SF WNSs和2/1 PPDO/SF WNSs的FTIR光谱。将SF纳米纤维作为对照进行测试。(B)PPDO WNSs、两种类型PPDO/SF WNSs和SF纳米纤维支架的XRD图谱。将SF纳米纤维作为对照进行测试。(C)三种不同WNSs的水接触角曲线。(D)不同WNSs的重量损失曲线。

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图4.PPDO WNSs、4/1 PPDO/SF WNSs和2/1 PPDO/SF WNSs的单轴力学测试:(B)非线性趾区的初始模量;(C)极限强度;(D)极限应变(n=5;*p<0.05,**p<0.01)。

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图5.(A)第14天,在PPDO WNSs、4/1 PPDO/SF WNSs和2/1 PPDO/SF WNSs上培养的hTs的活/死染色的代表性图像;比例尺=100μm。(B)第3、7和14天接种在三种不同WNSs上的hTCs的MTT分析结果(n=5;*p<0.05,**p<0.01)。

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图6.(A)第14天,接种在PPDO WNSs、4/1 PPDO/SF WNSs和2/1 PPDO/SF WNSs上的hTs的TNMD(绿色)、COL1(红色)和DAPI(蓝色)代表性荧光图像;比例尺=50μm。(B)第14天,通过qPCR分析测定三种不同WNSs材料上接种的hTs的肌腱相关基因标志物表达水平。将相对表达标准化为18S rRNA,将在PPDO WNSs上培养14天的hTCs作为对照。(n=3;*p<0.05,**p<0.01)。

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图7.(A)实验室制备符合细胞-WNS机械刺激应用的生物反应器的示意图。第14天,接种在4/1 PPDO/SF WNSs上的hADMSCs于(B)静态和(C)动态拉伸条件下的活/死染色的代表性图像。在静态培养和动态培养中均采用生长因子诱导。比例尺=100μm。(D-G)第14天,在静态条件和动态拉伸条件下,接种在4/1 PPDO/SF WNSs上并在肌腱细胞培养基中培养的hADMSCs的TNMD(绿色)、COL1(红色)和DAPI(蓝色)代表性荧光图像;比例尺=50μm。(H)第14天,在静态条件和动态拉伸条件下,通过qPCR分析接种在4/1 PPDO/SF WNSs上并在肌腱细胞培养基中培养的hADMSCs的肌腱相关基因标志物表达水平。将相对表达标椎化为18S rRNA,在静态条件下培养14天的hADMSCs作为对照。(n=3;*p<0.05,**p<0.01)。

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图8.(A)体内皮下植入后第7天和第21天,(A)H&E染色和(B)抗CD68 IF染色PPDO WNSs、4/1 PPDO/SF WNSs和2/1 PPDO/SF WNSs的代表性图像。S代表WNSs。比例尺:(A)为100μm,(B)为50μm。(C)体内皮下植入后第7天和第21天,三种不同WNSs周围每个FOV(视野)的CD68阳性细胞数(n=3;**p<0.01)。