靜電紡納米纖維支架在組織工程中的應(yīng)用進(jìn)展

1、第卷第期年月南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報（綜合版），靜電紡納米纖維支架在組織工程中的應(yīng)用進(jìn)展尹桂波，（南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南通；蘇州大學(xué)材料工程學(xué)院，蘇州）摘要：綜述了采用靜電紡絲制備的納米級纖維在人工皮膚、骨組織引導(dǎo)、神經(jīng)修復(fù)、血管移植和心肌與骨骼肌再生等組織工程領(lǐng)域中作為支架材料的應(yīng)用進(jìn)展關(guān)鍵詞：靜電紡絲；納米纖維；組織工程文章編號：（）中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：引言靜電紡絲起源于世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)的靜電噴射，伴隨納米技術(shù)的興起，經(jīng)過一個多世紀(jì)的不斷探索和研究，靜電紡絲以其能夠制備納米級纖維而受到材料學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等不同研究領(lǐng)域的重視高聚物溶液或熔體在高壓靜電作用下不斷分化和拉伸形成納米纖維，采用不同收

2、集方法，可以獲得平行排列或無紡布狀排列的納米纖維膜（管）意外傷害等造成的骨、神經(jīng)、血管、皮膚、心肌與骨骼肌等組織缺損，因自體難以供給和修復(fù)而成為醫(yī)學(xué)界的難題組織工程學(xué)的提出和發(fā)展為解決這一難題開辟了新的途徑利用工程學(xué)和生命科學(xué)原理，以生物材料為載體整合被分離細(xì)胞，在宿主體內(nèi)降解釋放細(xì)胞可形成新的功能性組織，目前已在骨引導(dǎo)、神經(jīng)修復(fù)、血管移植和肌肉再生等領(lǐng)域取得較大進(jìn)展，部分組織工程化組織已應(yīng)用于臨床并取得了穩(wěn)定而持久的療效孔隙率高，納認(rèn)為靜電紡絲技術(shù)制備的具有三維結(jié)構(gòu)的納米纖維膜（管），比表面積大、米纖維直徑與體內(nèi)許多細(xì)胞尺寸相當(dāng)，能夠負(fù)載生長因子誘導(dǎo)細(xì)胞粘附、增殖和分化，對于體外細(xì)胞培具有孔

3、隙和三維結(jié)養(yǎng)，模擬細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)造具有特殊優(yōu)勢發(fā)現(xiàn)一步法就可形成復(fù)雜的、構(gòu)的細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)，他利用聚氧乙烯對苯二甲酸酯（）和聚對苯二甲酸丁二醇酯（）的共聚物靜電紡絲獲得的表面具有納米孔的纖維最能促進(jìn)尺寸為、的人間葉干細(xì)胞的粘附和擴散納米纖維支架以其巨大的細(xì)胞外基質(zhì)仿生潛能，近年來成為組織工程中不同種子細(xì)胞的培養(yǎng)支架材料年以來，關(guān)于靜電紡制備納米纖維應(yīng)用的文獻(xiàn)報道中近一半與組織工程有關(guān)，本文綜述了在這些領(lǐng)域的研究進(jìn)展人工皮膚等人將具有良好生物性能的甲克質(zhì)溶于六氟異丙醇（）靜電紡絲后，獲得的納米纖維平均直徑，由其構(gòu)成的納米纖維膜在的中于和脫乙酰，獲得脫乙酰度為的甲殼素納米纖維，他們正研究該纖維膜的生

4、物相容性和可降解性，以期能夠用作傷口包覆材料韓國等人將型膠原溶解在中，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為時，紡絲形成由平均直徑為收稿日期：作者簡介：尹桂波（），男，山東濰坊人，南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院紡染技術(shù)系教師，蘇州大學(xué)材料工程學(xué)院級紡織材料與紡織品，：）。南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報（綜合版）年的纖維構(gòu)成的細(xì)胞支架，利用戊二醛飽和水溶液蒸汽化學(xué)交聯(lián)提高強力后，用層粘連蛋白、型膠原處理，研究角化細(xì)胞的培養(yǎng)性能結(jié)果表明經(jīng)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白處理的膠原纖維支架促進(jìn)人表皮細(xì)胞、口腔細(xì)胞的粘附和增殖，并沿纖維取向生長在鼠傷口包覆實驗中組織觀察發(fā)現(xiàn)，棉紗布包覆的傷口一周后出現(xiàn)纖維蛋白組織碎片，并觀察到多形核白細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的增殖而膠

5、原納米纖維覆蓋的傷口在一周后未發(fā)現(xiàn)組織碎片，成纖維細(xì)胞增殖明顯并出現(xiàn)初生毛細(xì)血管血管移植血管內(nèi)膜增生導(dǎo)致的管腔再狹窄乃至阻塞，是困擾血管外科的一大難題荷蘭為模仿具有血管形態(tài)和力學(xué)性能的支架材料，利用靜電紡絲技術(shù)，在旋轉(zhuǎn)的圓柱上先以無序狀沉積柔軟的，然后調(diào)整轉(zhuǎn)速收集剛性強、有序排列的聚丙交酯（）纖維，形成由直徑為的纖維組成，最大孔徑為彈性大（最大伸長），并具有降解性在該管上種植人靜脈肌的雙層管，該管強度高（）、成纖維細(xì)胞和鼠成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)可以粘附、增殖和分化，他認(rèn)為可以作為移植用血管支架材料則用形成納米纖維支架后，表面經(jīng)膠原蛋白處理，培養(yǎng)冠狀動脈平滑肌細(xì)胞（），發(fā)現(xiàn)細(xì)胞保持表型并沿纖維取向生長

6、，能夠進(jìn)入支架并形成平滑肌組織，初步研究表明可用作血管移植，用、以比例共聚后形成的納米纖維培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)具有相同的特征自體血管和合成血管因在口徑等方面的限制，難以滿足心臟血管搭橋手術(shù)的要求，容易引起血栓和內(nèi)膜增生利用膠原蛋白、聚乳酸聚羥基乙酸共聚物（）和彈性蛋白混合，溶解在中獲得（）的紡絲液，靜電紡絲形成納米纖維構(gòu)成的管狀物，發(fā)現(xiàn)能夠抵御倍正常收縮壓，具有與天然血管相同的順應(yīng)性種植牛血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，中性紅比色法和分析發(fā)現(xiàn)具有良好的生物相容性，細(xì)胞支架有利于細(xì)胞生長、增殖和分化體內(nèi)移植并進(jìn)行組織學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)沒有引起局部和系統(tǒng)毒性，可見靜電紡納米纖維管狀物在臨床移植用血管中具有巨大潛力心臟血

7、管移植及其他軟組織修復(fù)時，在短時間內(nèi)獲得高密度將有利于細(xì)胞間的功能相連，因此細(xì)胞需要在支架上進(jìn)行長時間的種植和培養(yǎng)，這樣才可以獲得較高細(xì)胞密度后進(jìn)行移植為此，等人利用具有生物可降解性和良好彈性的（聚醚氨酯脲）溶于進(jìn)行靜電紡絲，同時將動脈平滑肌細(xì)胞（）另外用噴嘴進(jìn)行靜電噴射，形成“微組裝（）”結(jié)構(gòu)臺盼藍(lán)著色顯示細(xì)胞活性與對照組相比沒有下降，在該結(jié)構(gòu)中靜態(tài)培養(yǎng)天，細(xì)胞數(shù)量增加，而常規(guī)只增加；灌狀培養(yǎng)天、天，細(xì)胞密度比靜態(tài)培養(yǎng)分別提高、此外，該膜具有良好的彈性和較高強力，他們認(rèn)為在短時間內(nèi)獲得較高細(xì)胞密度，可廣泛用于軟組織修復(fù)及血管移植等利用（丙交酯與己內(nèi)酯的共聚物）以二氯甲烷和為溶劑進(jìn)行紡絲并種植

8、人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（），發(fā)現(xiàn)在和直徑上的細(xì)胞增殖與粘附明顯比的纖維好，他們認(rèn)為該支架可以用于心臟血管和肌組織工程中明膠、聚乙交酯（）及紡絲形成內(nèi)徑為，厚度為、利用膠原蛋白、的管狀物并移植到鼠股外側(cè)肌表面發(fā)現(xiàn)移植天后，膠原支架很快被致密的間葉細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞浸潤，出現(xiàn)明顯功能性血管，而明膠、未浸潤并出現(xiàn)纖維化他認(rèn)為由靜電紡納米纖維形成的特殊支架形態(tài)促進(jìn)了細(xì)胞的遷移和毛細(xì)血管的生成神經(jīng)修復(fù)神經(jīng)軸突在體內(nèi)的不可再生性，使神經(jīng)修復(fù)成為難題，而神經(jīng)組織工程（）的發(fā)展為神經(jīng)修復(fù)提供了可能等人曾經(jīng)用液液相分離的方法制備左旋聚乳酸（）納米纖維，但難以控制纖維直徑和取向，因而不適用于神經(jīng)細(xì)胞支架目前他們利用靜電

9、紡絲法，調(diào)整聚合物分子量、紡絲液流速、電場等控制纖維直徑，滾筒收集速度為時可獲得有序排列的纖維通過選擇合適工藝形成由納米、，）第期尹桂波：靜電紡納米纖維支架在組織工程中的應(yīng)用進(jìn)展用激光掃描共聚焦顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)（見圖），神經(jīng)細(xì)胞和軸突沿纖維取向伸展和生長，與微米級纖維支架相比，細(xì)胞在納米級纖維上的分化率更高，在平行纖維上有助于軸突生長，表明靜電紡納米纖維支架在神經(jīng)修復(fù)中具有重要的應(yīng)用價值圖靜電紡平行排列的納米纖維及在支架培養(yǎng)后的激光掃描共聚焦顯微鏡照片骨引導(dǎo)生長骨組織引導(dǎo)再生法是治療下顎骨和牙槽骨缺陷的有效方法此療法中骨引導(dǎo)膜作為移植體和填充材料的包覆材料不但可促進(jìn)組織的生長，還可阻止非功能性組

10、織的長入，常用于牙齒和骨的移植等臨床上主要采用難降解的（聚四氟乙烯），骨長成后需要二次手術(shù)去除膜材料新加坡國立大學(xué)等人利用以、（）的比例進(jìn)行共混靜電紡絲并種植造骨細(xì)胞，分析發(fā)現(xiàn)以比例紡絲形成的納米纖維膜的吸光度與常規(guī)培養(yǎng)板相同，表明具有良好的粘附和增殖效果目前他們正研究納米纖維膜的降解速率，以期達(dá)到降解與骨組織生長的同期性將絲素（）與骨形態(tài)形成蛋白（）共混及添加納米級羥基磷灰石（）后，通過靜電紡絲制得纖維支架，培養(yǎng)人骨髓間質(zhì)干細(xì)胞（）研究體外骨形成，結(jié)果表明：靜電紡絲素基支架能促進(jìn)向成骨生長和分化，含有、的支架鈣沉積最高并促進(jìn)轉(zhuǎn)錄水平認(rèn)為靜電紡絲素基支架在骨組織工程中具有良好的應(yīng)用前景心肌和骨

11、骼肌再生利用導(dǎo)電性聚合物聚苯胺（）與膠原蛋白共混靜電紡絲并培養(yǎng)鼠成肌細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的增殖與粘附與普通細(xì)胞培養(yǎng)板（）和平滑玻璃板相同。他們試圖通過添加電活性的高聚物形成“智能化”納米纖維支架，目前他們正利用該支架研究電激對鼠成肌細(xì)胞功能性的影響，以應(yīng)用于心肌和神經(jīng)組織工程中骨骼肌常在冷熱、毒性等環(huán)境中損傷后不能再生，導(dǎo)致運動功能下降，甚至癱瘓在體外形成肌組織不僅避免自體移植的二次傷害，還能形成肌肉再生的替代物，促進(jìn)康復(fù)意大利利用名為“的嵌段可降解共聚物進(jìn)行靜電紡絲并培養(yǎng)和細(xì)胞線和人星型細(xì)胞（），發(fā)”現(xiàn)具有良好的粘附、分化特征，他們正研究高取向的納米纖維支架，以提高取向，促進(jìn)細(xì)胞間融合形成長而連續(xù)的肌纖維結(jié)語靜電紡納米纖維在組織工程中的應(yīng)用研究目前主要集中于個方面：采用不同材料通過靜電紡形成納米纖維支架，種植不同細(xì)胞，探索其在不同組織修復(fù)中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)納米纖維支架能夠支持細(xì)胞的長入、粘附和增殖，為組織工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；研究纖維形態(tài)對細(xì)胞培養(yǎng)性能的影響，目前發(fā)現(xiàn)纖維表面形態(tài)和纖維取向均能影響細(xì)胞生長；研究纖維支架的降解性能，以滿足體內(nèi)移植時功能性組織的形成與支架降解速度一致，此方面的研究尚處于初步階段我國在此研究領(lǐng)域的起步較晚，鮮有文獻(xiàn)報道筆者所在的實驗室首次在靜電紡絲素基納米纖維支架上成功種植人臍帶血管細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)纖維支架能促進(jìn)細(xì)胞的粘附和增殖目前正采用絲素與明膠