改良丝素蛋白/聚己内酯纳米纤维膜的制备及其皮肤再生或骨再生性能的研究

来源 :武汉大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:chenyuxun2005
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第一部分丝素蛋白、聚己内酯和丝素蛋白/聚己内酯纳米纤维膜的制备与表征有研究报道,丝素蛋白(SF)静电纺纳米纤维膜的机械性能并不理想,而SF/聚己内酯(PCL)混合静电纺纳米纤维膜同时具备了良好的生物学性能和机械性能。因此,本部分研究在相同静电纺丝环境下分别制备了SF纳米纤维膜、PCL纳米纤维膜和SF/PCL复合纤维膜,并对它们进行表征和比较。扫描电镜(SEM)图像显示三种纳米纤维膜均具有良好的形貌和立体结构。X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线衍射光谱(XRD)证实了SF/PCL纳米纤维中SF和PCL的存在,并提示相比SF纳米纤维,SF/PCL纳米纤维中SF分子的结晶度有所提高。拉伸力学和接触角测试表明与SF纳米纤维膜相比,SF/PCL复合纳米纤维膜表现出显著提高的抗拉强度、断裂伸长率和无显著差异的亲水表面。体外细胞相容性测试结果表明人皮肤成纤维细胞(NHDFs)在三种纳米纤维膜上均能贴附和生长,但SF纳米纤维膜和SF/PCL复合纳米纤维膜更利于细胞的粘附、生长和增殖,而两者之间未观察到显著差异。综上,本部分研究提示当难以高效制备纯SF纳米纤维膜或对纳米纤维支架的机械性能要求较高时,SF/PCL复合纳米纤维膜是一种良好的替代选择。第二部分壳聚糖/胶原蛋白表面改性丝素蛋白/聚己内酯复合纳米纤维膜的制备及其在大鼠皮肤创面的应用研究开发加速伤口闭合并实现无疤痕愈合的理想的伤口敷料是皮肤组织工程领域研究人员的最终目标。本部分研究通过混合静电纺丝技术制备了丝素蛋白(SF)/聚己内酯(PCL)复合纳米纤维膜,并利用静电层层自组装(LBL)技术将带正电的壳聚糖(CS)和带负电的I型胶原蛋白(COL)沉积在SF/PCL纳米纤维表面。扫描电镜(SEM)图像表明,随着LBL覆膜的增加,复合纳米纤维的平均直径逐渐变大,并且在纤维表面呈现出越来越多的不规则突起。通过X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线衍射光谱(XRD)进行的化学结构和组成研究进一步证实了CS和COL成功在SF/PCL纳米纤维表面的层层沉积。拉伸力学和水接触角测试分别表明,LBL改性纳米纤维膜的机械性能增强而亲水性无明显变化。此外,体外抗菌试验和细胞相容性测试表明LBL表面改性纳米纤维膜具有出色的抗菌活性和显著的促进细胞粘附、生长和增殖的能力。最后,在大鼠背部创面模型中进行的体内伤口愈合试验。创面大小的统计、苏木素-伊红染色和马森三染色表明,LBL改性纳米纤维膜的应用缩短了伤口闭合时间,增加了胶原蛋白的合成并减轻了过多的疤痕形成。免疫组织化学分析提示TGF-β/Smad信号通路在此过程中起到重要作用。综上,本部分研究成功制备了CS/COL表面改性SF/PCL复合纳米纤维膜,并证明了其在皮肤再生中的潜在应用。第三部分二氧化钛纳米颗粒/羟基磷灰石纳米颗粒夹层丝素蛋白/聚己内酯复合纳米纤维膜的制备及其对MC3T3-E1体外成骨分化的作用为制备出具有良好抗菌性能和骨再生能力的引导骨组织再生屏障膜,本部分研究将静电纺丝技术和静电喷雾技术相结合,成功制备出了含有二氧化钛纳米颗粒(n Ti O2)夹层和羟基磷灰石纳米颗粒(n HA)夹层的SF/PCL复合纳米纤维膜。扫描电镜(SEM)图像表明n Ti O2和n HA粘附或嵌在纳米纤维表面,增加了纤维的表面粗糙度和直径。傅立叶变换红外图谱(FT-IR)证实了静电喷涂后复合纳米纤维内Ti O2和HA的存在,并且提示复合纳米纤维的结晶度有所提高。拉伸力学性能测试表明n Ti O2的引入可以显著提高纳米颗粒复合纳米纤维膜的抗拉强度和弹性。接触角测试显示纳米颗粒的引入增加了纳米颗粒夹层复合纳米纤维膜表面的润湿性。体外抗菌试验提示n Ti O2赋予了n Ti O2夹层和n Ti O2/n HA夹层纳米纤维膜抗菌性能。细胞骨架染色展示了MC3T3-E1在纳米颗粒夹层纤维膜表面良好的生长状态。最后,膜上MT3C3-E1细胞成骨诱导分化后的碱性磷酸酶(ALP)活性染色、茜素红染色、实时定量聚合酶链式反应(RT-q PCR)和蛋白免疫印迹实验(Western blot)结果一致表明纳米颗粒夹层的引入大大提高了SF/PCL复合纳米纤维膜促进MT3C3-E1成骨向分化的能力。此外,相比含有单一纳米颗粒的n Ti O2或n HA夹层膜,n Ti O2/n HA夹层复合纳米纤维膜在骨组织再生方面的应用潜力更加突出。
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