聚羟基丁酸酯羟基丁酸酯聚乙二醇氧化石墨烯组(4)
综上所述,PEG 在电纺过程中可增加支架电导率和黏度,但未出现静电击穿等不良反应,在材料上可以改善支架材料的亲水性,但不至于因过于亲水而引起细胞黏附、增殖受阻,并且在与高聚物P34HB 联用时对细胞黏附、增殖均有促进作用。在P34HB/PEG/GO 静电纺丝支架中,GO 添加后能通过调节表面张力、导电率使静电纺丝顺利进行,与PEG 共同作用改变支架材料的微结构,在PEG 明显改善支架亲水性的情况下提供多种功能基团,为细胞提供结合位点,是具有良好的力学稳定性、生物相容性的组织工程支架。
图1 |静电纺丝前驱液的参数设置Figure 1 |Parameter settings of electrospinning solution图注:P34HB 为聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯,PEG 为聚乙二醇,GO 为氧化石墨烯。A 为静电纺丝前驱液的电导率与黏度,aP< 0.05,bP< 0.01;B 为静电纺丝前驱液的外观;C 为静电纺丝前驱液在静电纺丝过程中喷射流半径的夹角,P34HB/PEG组前驱液在静电纺丝过程中喷射流半径范围大于其他两组,P34HB/PEG/GO 组大于P34HB 组
图 2 |各组静电纺丝支架的宏观与微观形态Figure 2 | Macroscopic and microscopic morphology of electroplating scaffold materials in each group图注:P34HB 为聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯,PEG 为聚乙二醇,GO 为氧化石墨烯。体式显微镜下,P34HB、P34HB/PEG 支架表面光滑,P34HB/PEG/GO 支架表面较为粗糙,且表面有分布均匀的氧化石墨烯粉末;扫描电镜下,各组支架纤维呈随机分布
图 3 |各组静电纺丝支架的水接触角Figure 3 | Contact angle of electroplating scaffolds in each group图注:P34HB 为聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯,PEG 为聚乙二醇,GO为氧化石墨烯。aP< 0.01
图 4 |各组静电纺丝支架的力学性能Figure 4 | Mechanical properties of electroplating scaffold in each group图注:P34HB 为聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯,PEG 为聚乙二醇,GO为氧化石墨烯。A 为支架应力-位移曲线,B 为支架弹性模量,C 为支架应变程度,D 为支架抗拉强度。aP< 0.05,bP< 0.01
图 5 |骨髓间充质干细胞的表面标记物检测Figure 5 | Surface marker detection of bone marrow mesenchymal stem cells图注:所提取的细胞不表达CD34,高表达CD105
图 6 |各组静电方式支架表面骨髓间充质干细胞的黏附情况Figure 6 | Adhesion of bone marrow mesenchymal stem cells on thesurface of electroplating scaffolds of each group图注:P34HB 为聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯,PEG 为聚乙二醇,GO 为氧化石墨烯。aP< 0.01
图 7 |各组静电纺丝支架表面骨髓间充质干细胞的增殖情况Figure 7 | Proliferation of bone marrow mesenchymal stem cells on thesurface of electrospinning scaffolds of each group图注:P34HB 为聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯,PEG 为聚乙二醇,GO 为氧化石墨烯。aP< 0.05,bP< 0.01
图 8 |共培养7 d 后各组静电纺丝支架表面骨髓间充质干细胞的形态及存活情况Figure 8 | Morphology and survival of bone marrow mesenchymal stem cells on the surface of electrospinning scaffolds of each group after coculture for 7 days图注:P34HB 为聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯,PEG 为聚乙二醇,GO 为氧化石墨烯。扫描电镜下,P34HB 组细胞呈球状分布于纤维丝,未出现明显的细胞铺展及伪足伸出;P34HB/PEG 组细胞与纤维丝融合,但数量较少;P34HB/PEG/GO 组细胞铺展,细胞与纤维丝融合,伪足伸出。共聚焦荧光显微镜下,P34HB 组可见大量红色荧光(死亡细胞),P34HB/PEG 组、P34HB/PEG/GO 组红色荧光明显减少
此次实验支架性能的检测均为体外条件下进行,下一步拟行分子生物学相关检测及大型动物原位建模植入,进一步增加当前结果的可靠性。然而基于已有数据来看,对比无GO 添加组,P34HB/PEG/GO 复合静电纺丝支架具有更稳定的力学结构及生物相容性,因此这种限制不影响此次实验的主要结论。实验成功制备了3 种不同的支架,结果表明PEG与GO 均能显著影响支架的力学性能、生物相容性及内部三维结构,拉伸弹性模量可达到100 MPa,应变率低,在细胞增殖、黏附、存活上均有明显改善,可作为改良后的P34HB静电纺丝骨组织工程支架应用,有望成为骨组织工程新型支架。
致谢:感谢贵州医科大学附属医院骨科、贵州医科大学细胞工程生物医药技术国家地方联合工程实验室、贵州医科大学组织工程与干细胞实验中心提供实验场所和技术支持。
作者贡献:刘鋆、舒莉萍进行实验设计,实验实施为刘鋆、杨龙,实验评估为叶川、马敏先,资料收集为王伟宇、卢涛、吴颖,刘鋆成文,叶川审校。
经费支持:该文章接受了“国家自然科学基金资助项目()、贵州省科技厅资助项目(黔科合平台人才[2020]6013,黔科合支撑[2020]4Y137 号)”的资助。所有作者声明,经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道。
文章来源:《材料研究学报》 网址: http://www.clyjxbzz.cn/qikandaodu/2021/0224/609.html