電紡高度取向Gr-PLLA復(fù)合超細(xì)纖維用于神經(jīng)導(dǎo)管的構(gòu)建.pdf

1、電紡制備的微-納米級(jí)超細(xì)纖維可仿生天然細(xì)胞外基質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，在組織工程與再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但傳統(tǒng)的電紡絲方法（Conventional electrospinning,CES）制備的取向纖維有序性差，影響細(xì)胞的取向生長(zhǎng)和分化，不利于結(jié)構(gòu)特異性組織工程支架（如神經(jīng)導(dǎo)管）的構(gòu)建。神經(jīng)導(dǎo)管是用以橋接神經(jīng)斷端，為損傷神經(jīng)提供一個(gè)良好再生微環(huán)境的管狀支架，其導(dǎo)向作用與構(gòu)筑導(dǎo)管的電紡纖維的取向度及生物活性有著重要依賴(lài)關(guān)系。本研究的目

2、的是通過(guò)采用一種新穎的穩(wěn)定射流電紡絲（Stable jet electrospinning,SJES）方法制備高度取向的含石墨烯（Graphene,Gr）的聚乳酸（PLLA）超細(xì)復(fù)合纖維，用于神經(jīng)導(dǎo)管的構(gòu)建。Gr具有較好的導(dǎo)電性及生物相容性，且可調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元分化，因此在高度取向的PLLA纖維中引入Gr將有可能提高神經(jīng)再生的作用功效。
　　在探索了使石墨烯獲得良好分散的最佳超聲作用條件后，本研究首先利用SJES技術(shù)制備了高

3、度取向的摻雜有不同Gr含量（0，0.1％，0.5%，1%）的Gr/PLLA復(fù)合超細(xì)纖維（同時(shí)用CES法制備半取向PLLA纖維作對(duì)照），然后通過(guò)SEM及快速傅里葉轉(zhuǎn)換（FFT）觀察分析了這些復(fù)合超細(xì)纖維的形貌及取向度，通過(guò)TEM及拉曼光譜分別檢測(cè)Gr在PLLA纖維中的分散狀態(tài)及化學(xué)成分，通過(guò)差熱分析（DSC）、熱失重分析（TGA）及拉伸力學(xué)測(cè)試等表征了Gr/PLLA復(fù)合纖維的熱-力學(xué)性能。結(jié)果表明：所制備的纖維直徑均為1.50μm左右，S

4、JES法制備的纖維比CES法制備的纖維具有更好的取向度。隨著石墨烯含量的增加，取向纖維的力學(xué)性能呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。此外，由于Gr較好的熱穩(wěn)定性和較高的導(dǎo)熱性，隨著Gr加入量的增加復(fù)合纖維的耐熱性能也隨之增加，僅僅0.1%Gr的添加量就使達(dá)到50%分解量時(shí)的分解溫度提高近20℃。
　　為了評(píng)價(jià)Gr/PLLA取向超細(xì)纖維的生物學(xué)特性，首先選擇觀察一種神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞——雪旺細(xì)胞（Schwann cells,SCs）的黏附行為及增殖能

5、力來(lái)評(píng)價(jià)其細(xì)胞相容性，并通過(guò)免疫熒光染色檢測(cè)了SCs的特異性蛋白即膠質(zhì)纖維酸性蛋白（Glial fibrillary acidic protein,GFAP）的表達(dá)情況；然后用大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞（PC12 cells）評(píng)價(jià)該纖維支架材料對(duì)細(xì)胞的分化影響。結(jié)果表明，與組織培養(yǎng)板（TCP）及半取向纖維相比，SJES法制備的高度取向復(fù)合纖維能在細(xì)胞種植8 h后更好的促進(jìn)SCs的黏附。纖維取向度及Gr的含量對(duì)細(xì)胞的延伸有顯著影響，且Gr含量的增

6、加能夠明顯促進(jìn)細(xì)胞的延伸。所有的纖維組（包括：CES法制備的半取向PLLA纖維、SJES法制備的高度取向PLLA、0.1%Gr/PLLA、0.5%Gr/PLLA及1%Gr/PLLA纖維）均可較好的促進(jìn)SCs的增殖，并且組間無(wú)差異，表明這些纖維普遍具有較好的細(xì)胞相容性。但對(duì)SCs的形貌觀察表明含有Gr的高度取向復(fù)合纖維更有利于細(xì)胞的延伸及取向生長(zhǎng)。在不同基底上培養(yǎng)4天時(shí)的SCs全部表達(dá)GFAP，并且在0.1% Gr/PLLA及0.5% G

7、r/PLLA纖維上的GFAP蛋白表達(dá)量有顯著增加，而其它組的表達(dá)量則與TCP相當(dāng)，表明接觸導(dǎo)向和Gr的引入對(duì)SCs的功能表達(dá)具有一定的協(xié)同促進(jìn)作用。PC12細(xì)胞的形貌及軸突數(shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明含有Gr的超細(xì)復(fù)合纖維能夠更好地促進(jìn)細(xì)胞的分化。因此，上述結(jié)果共同表明Gr的加入及纖維取向度的提高對(duì)SCs的延伸、增殖及PC12細(xì)胞的分化具有協(xié)同作用。
　　最后，我們利用卷繞-熱壓法制備出具有較好的纖維取向度和抗壓能力的Gr/PLLA纖維基神經(jīng)

8、導(dǎo)管（id=2 mm），用SEM觀察其外壁及纖維形貌，可以看到纖維形貌保持良好，纖維直徑無(wú)明顯變化。用CCK-8試劑盒檢測(cè)SCs的增殖情況表明，不同組之間無(wú)顯著性差異，與細(xì)胞在二維平面支架上的結(jié)果一致。對(duì)導(dǎo)管內(nèi)部的細(xì)胞進(jìn)行DAPI和羅丹明-鬼筆環(huán)肽染色，形貌觀察發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在高度取向的導(dǎo)管內(nèi)沿纖維方向伸展。說(shuō)明三維狀態(tài)下的Gr/PLLA纖維具有良好細(xì)胞相容性和導(dǎo)向生長(zhǎng)作用，這為今后開(kāi)展Gr/PLLA導(dǎo)管用于體內(nèi)神經(jīng)再生提供了可能。