絲素材料表面微-納米形貌對細胞及脊髓修復(fù)的引導(dǎo)作用.pdf

1、脊髓損傷修復(fù)是組織工程領(lǐng)域的一個富有挑戰(zhàn)性的課題。利用生物材料的表面微圖案化技術(shù)調(diào)控細胞的行為，構(gòu)建具有微/納米定向引導(dǎo)功能的支架，引導(dǎo)軸突的再生，是促進脊髓損傷修復(fù)的可能途徑。而實現(xiàn)這一構(gòu)想的前提是進一步認識細胞對材料表面微/納米結(jié)構(gòu)形貌的響應(yīng)機制，充分認識其響應(yīng)規(guī)律。本文以絲素生物材料為基礎(chǔ)，從二維平面的絲素材料出發(fā)，探索絲素膜材料表面微/納米拓撲結(jié)構(gòu)的細胞響應(yīng)行為并得出基本規(guī)律，繼而將其應(yīng)用絲素三維支架材料的制備，通過在三維支架中

2、引入微/納米引導(dǎo)信號和生物活性信號以促進脊髓損傷后的軸突再生。
　　首先，通過聚二甲基硅氧烷（PDMS）模板制備了帶有微球陣列圖案和微柱陣列結(jié)構(gòu)的絲素膜，研究了骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）對微形貌的響應(yīng)行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，絲素膜表面的微球陣列圖案有利于細胞黏附和增殖，而仿荷葉結(jié)構(gòu)的微柱結(jié)構(gòu)則不利于細胞的黏附、鋪展和增殖。在細胞黏附和鋪展過程中，偽足的轉(zhuǎn)變起著關(guān)鍵作用，細胞能夠沿著錨定的絲狀偽足形成小片狀偽足引導(dǎo)片狀偽足延伸，最終控制

3、細胞鋪展和遷移方向。另一方面，本文在觀察BMSCs在微柱陣列結(jié)構(gòu)表面的生長情況時，意外發(fā)現(xiàn)了微柱結(jié)構(gòu)對細胞間隧道納米管（TNTs）的延伸具有明顯的影響。TNTs能夠和微柱表面發(fā)生相互作用，微柱結(jié)構(gòu)能夠為TNTs的延伸提供支撐。同時，微柱結(jié)構(gòu)也明顯影響了TNTs的延伸方向，相鄰的細胞間TNTs并沒有以最近的距離形成直線連接，而是能夠繞過微柱連接到相鄰細胞。結(jié)果提示，材料的表面拓撲形貌可能影響TNTs連接的細胞間通訊。
　　其次，利用

4、PDMS模板和靜電紡技術(shù)制備了具有溝槽圖案和定向微/納米纖維涂層的絲素膜，研究了取向圖案對BMSCs的定向引導(dǎo)作用。結(jié)果顯示，絲素微/納米纖維結(jié)構(gòu)明顯有利于細胞的黏附和增殖。在細胞定向伸展過程中，絲狀偽足識別基底形貌并引導(dǎo)片狀偽足在取向圖案表面的定向延伸，表明絲狀偽足引導(dǎo)的片狀偽足極化在接觸引導(dǎo)過程中起著關(guān)鍵作用。
　　再次，為了引導(dǎo)和促進軸突再生，制備了層粘連蛋白（LN）修飾的定向絲素微/納米纖維網(wǎng)。通過調(diào)節(jié)滾軸轉(zhuǎn)速獲得了定向性

5、良好的絲素微/納米纖維網(wǎng)，在本文紡絲條件下，滾軸轉(zhuǎn)速達到2000r/min（相應(yīng)的表面線速度為10.47m/s）時，纖維定向和沉積良好。EDC活化成功地將LN固定到絲素纖維表面，提高了絲素微/納米纖維的生物活性。細胞實驗表明，LN修飾的定向絲素微/納米纖維能夠促進和引導(dǎo) PC12神經(jīng)元軸突生長。
　　最后，用定向的絲素微/納米纖維構(gòu)建了多通道的導(dǎo)管，并用LN加以功能化修飾，用于大鼠脊髓損傷修復(fù)。導(dǎo)管內(nèi)部為一百微米到數(shù)百微米范圍內(nèi)的

6、從小到大的多級通道，且每個通道均具有定向的微/納米纖維引導(dǎo)信號。細胞實驗證明，導(dǎo)管的LN修飾和內(nèi)壁定向排列的纖維為軸突生長提供了生物活性信號和物理引導(dǎo)信號。在大鼠脊髓半切除模型中，通過行為學(xué)評價、組織學(xué)觀察和免疫組化檢測研究了LN交聯(lián)的多通道導(dǎo)管對脊髓損傷的修復(fù)效果，并比較了多通道導(dǎo)管和單通道導(dǎo)管的促進作用。結(jié)果顯示，兩種導(dǎo)管均能明顯減少瘢痕和空洞的形成，能夠引導(dǎo)組織長入導(dǎo)管連接損傷遠端。與單通道導(dǎo)管相比，多通道結(jié)構(gòu)增大了導(dǎo)管內(nèi)部比表面