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Adv. Funct. Mater:微流控结合静电纺丝技术开发快速

生物医学    2021-09-18 16:47

由于细胞外基质独特的生理特性,基因治疗已成为一种很有前途的治疗方法。与传统体外补充瞬时重组蛋白不同,转基因细胞可以持续分泌目标蛋白。此外,蛋白质的分泌量可以自行适应生理水平,从而避免了过量补充可能产生的副作用。然而,静脉注射作为目前唯一可用的基因载体传递方式,存在载体从组织中快速丢失、血浆核酸酶降解、转染效率低等问题。特别是,它会导致其他正常组织或器官中的ECM增生,从而导致病理纤维化。因此,进一步改善治疗需要开发一种局部基因传递系统,增强基因向局部组织的传递,并结合材料的性质稳定ECM微环境。

 

人们对创造生物活性物质和支架材料的复合系统越来越感兴趣,这种复合系统可以控制活性物质的释放,以促进组织修复。然而,生长因子、蛋白质、DNA、RNA和其他生物活性物质很容易失活。有效地将基因导入细胞并使其有效地发挥其生物学作用是至关重要的。

 

静电纺丝是一种较为成熟的纳米纤维制备方法。纳米纤维被编织成网状结构,其孔径与细胞的直径相匹配。此外,这些纳米纤维的形态结构与ECM非常相似,因此有利于细胞的粘附、生长和繁殖。

 

 

近日,上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所崔文国教授和上海交通大学医学院附属国际和平妇幼保健院陈信良教授通过微流控芯片将重组的LOXL1质粒(pLOXL1)制成脂质体制剂。然后用微溶胶静电纺将其均匀分散于透明质酸(HA)溶液中,保护目的基因。因此,通过核-壳结构将pLOXL1加载到纤维中,从而促进成纤维细胞中pLOXL1的水平,促进局部胶原和弹性蛋白的交联和再生,稳定ECM降解和重构之间的平衡,从而加速盆底结缔组织的再生和修复。结果表明,pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA在30天的时间内实现了pLOXL1的持续释放,其转染效率保持在50%以上。在腹壁缺损的兔子模型中,与对照动物相比,pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA植入的动物的长期胶原蛋白重塑密度提高了90%以上。ECM基因的表达水平显着增加。本研究成功地建立了一种新的、有效的骨盆底快速恢复方法,该方法使用的材料具有较低的侵蚀风险,并应长期保持稳定。

 

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方案1.用于ECM再生的基因电纺纤维的微环境。A)重组pEGFP-C1-LOXL1的构建。 pLOXL1-Lipo的组成(B)和结构(C)。D)pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA的构建及基因电纺丝提供的功能过程。E)分子和F)分子中POP的病因学。

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图1 脂质体和静电纺丝纤维的特性。A) PLCL、pLOXL1-Lipo@PLCL和pLOXL1-Lipo@PLCL-HA的SEM图像。B)脂质体和C) pLOXL1-Lipo@PLCL-HA的TEM图像。D) zeta电位和E)脂质体大小分布。F)水接触角,G)拉伸试验,H)降解,I)静电纺丝纤维的释放。

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图2 静电纺丝纤维的体外细胞相容性和生物活性。A)活/死染色(图像上红色代表死细胞,绿色代表活细胞);B)流式细胞术分析;C)用PLCL、pLOXL1-Lipo@PLCL和pLOXL1-Lipo@PLCL-HA的渗滤液培养HVFs的CCK-8测定。D) pLOXL1-Lipo@PLCL和pLOXL1-Lipo@PLCL-HA的转染效率。

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图3. pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA对调节体外ECM合成/降解平衡的影响。 A–H)用PLCL和pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA处理的HVF中的基因表达(COL1A1,COL3A1和Fubilin5,弹性蛋白和MMP / TIMP和LOXL1)的RT-PCR结果。I)WB图片显示了COL1A1,COL3A1和Fubilin5,弹性蛋白和MMPs / TIMPs和LOXL1的相关表达水平。未经治疗的样本作为对照组。数据表示为来自三个重复实验的平均值±SD。单向方差分析用于确定统计差异(* P <0.05,** P <0.01,*** P <0.001,**** P <0.0001; ns,无显着性)。

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图4.用HE检测观察体内炎症。A)术后2、4和8周,对照组,PP网格,PLCL,pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA组的腹壁肌肉缺损的HE图像。对照,PP筛网,PLCL,pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA组的中性粒细胞计数在手术后8周B,2,C,4和D)。没有植入物的样品作为对照组。数据表示为来自三个不同领域的显微镜的平均值±SD。

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图5.体内ICC中与ECM相关的因子。术后8周,对照组、PP网格、PLCL和pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA组的腹壁肌肉缺陷的AHC,Fibulin5和B)弹性蛋白的IHC结果。对照组,PP网片,PLCL和pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA组的腹壁肌肉缺损的C)纤维蛋白5和D)弹性蛋白的IHC得分。没有植入物的样品作为对照组。数据表示为来自五个不同视野的平均值±SD。单向方差分析用于确定统计差异(* P <0.05,** P <0.01,*** P <0.001,**** P <0.0001)。

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图6. pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA对调节体内ECM合成/降解平衡的影响。A-H)对照组、PP mesh组、PLCL组和pLOXL1-Lipo@PLCL-HA组腹壁肌肉缺损基因表达(COL1A1、COL3A1和Fubilin5、Elastin和MMPs/TIMPs、LOXL1)的RT-PCR结果。I)WB图片显示LOXL1和TIMP的相对表达水平。 未经治疗的样本作为对照组。 数据至少以三个重复实验的平均值±SD表示。 单向方差分析用于确定统计差异(* P <0.05,** P <0.01,*** P <0.001,**** P <0.0001; ns,无显着性)。

 

论文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202009879