具有抗菌和促骨再生功能的SF/PCL/HA/Se非对称性纳米纤维膜

【作者】 唐子乔； 李娇娇； 付亮亮； 曹诗翊； 张超； 夏婷； 邓红兵； 夏海斌；

【机构】 口颌系统重建与再生全国重点实验室,口腔生物医学教育部重点实验室,口腔医学湖北省重点实验室,武汉大学口腔医(学)院； 生物质资源化学与环境生物技术湖北省重点实验室,湖北省可持续资源与能源国际科技合作基地,武汉大学资源与环境科学学院；

【摘要】 引言:传统静电纺丝纤维密度高、堆积紧密,阻碍了细胞渗入支架,最近有学者认为将二维静电纺丝膜转化为三维结构模拟细胞外基质,这将是促进组织再生新策略。然而,如何利用静电纺丝技术开发一种兼具抗菌、促成骨、机械性能优异的多功能纳米纤维膜,用以应对复杂的骨缺损环境来实现骨再生,仍是骨组织工程研究的难点。材料与方法:通过还原法获得硒纳米粒子(SeNPs)。将SeNPs通过静电喷雾负载于丝素/聚己内酯(SF/PCL)纳米纤维膜获得外层膜。然后,将丝素/聚己内酯/羟基磷灰石(SF/PCL/HA)溶液经过静电纺丝、超声破碎、冷冻干燥后,获得SF/PCL/HA气凝胶作为内层膜。最终,通过热压法将两层膜结合,获得SF/PCL/HA/Se非对称性纳米纤维膜。通过傅立叶红外光谱分析、扫描电镜、拉力检测等方法评价其理化性能。通过体外细胞共培养检测纳米纤维膜的细胞毒性。将材料与金黄色葡萄球菌和大肠杆菌共培养评价其进行抗菌能力。体外试验通过碱性磷酸酶染色、实时定量聚合酶链式反应和免疫荧光染色评价其促进细胞矿化能力。体内试验利用小鼠颅骨临界性缺损模型,通过micro CT、组织学染色评价其在骨缺损修复中的作用和生物相容性。结果与讨论:本实验成功制备了具有良好细胞相容性和一定机械性能的非对称性纳米纤维膜,膜外层上结构致密、SeNPs均匀分布,膜内层结构疏松多孔,有利于细胞黏附。与不含SeNPs的材料组相比,含SeNPs的非对称性纳米纤维膜有效抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌活性,抗菌活性具有SeNPs浓度依赖性。体外实验结果显示,SF/PCL/HA/Se非对称性纳米纤维膜显著促进MC3T3-E1成骨细胞碱性磷酸酶活性和成骨分化相关分子的表达。体内实验结果显示,SF/PCL/HA/Se非对称性纳米纤维膜实现小鼠颅骨临界性骨缺损修复。结论:本研究制备了一种基于SF/PCL的含SeNPs和HA新型非对称性纳米纤维膜,该材料具良好的机械强度、理想的柔韧性、优异的抗菌性能和成骨能力,促进小鼠颅骨缺损骨再生,有望为大面积骨缺损治疗的提供新手段。更多还原