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北京化工大学张立群团队:具有抗菌和成骨双重功能的芯鞘纳米纤维膜作为人工骨膜用于骨再生
2019/1/26 11:03:28 qimiao

  静电纺丝在柔性电子、过滤、储能和生物医学等领域获得了广泛的应用。其中,基于电纺纤维的生物材料因与细胞外基质(ECM)的结构相似而被广泛用于组织再生。此外,电纺纤维的直径小、拉伸比大,使纤维膜具有良好的柔韧性,是人造骨膜覆盖骨移植复杂表面的重要特性。

  近日,北京化工大学张立群教授团队通过同轴静电纺丝技术赋予电纺纤维人工骨膜具有多功能和分级药物释放性能。多功能人工骨膜通过同轴静电纺丝获得,其中盐酸莫西沙星(MOX)包封在明胶壳层中,而淫羊藿苷(ICA)包封在聚己内酯(PCL)核层中。ICA是中药淫羊藿的主要成分,作为成骨助剂,赋予人工骨膜具有骨诱导性,而MOX则为人工骨膜提供抗菌性能。核壳结构中PCL和明胶的不同降解速率可以促进两种封装药物的分层释放。

  结果表明,基于核壳结构和PCL和明胶的不同降解速率,实现了逐步和控制的药物释放曲线。在1个月后,MOX的释放几乎完成,这种双重载药膜仅释放了20%的ICA。此外,观察到明显的体外抗菌作用和成骨标志物表达的增强,包括骨钙蛋白,I型胶原蛋白表达和钙沉积。值得注意的是,双重载药膜在兔桡骨缺损模型中有助于体内骨形成的质量和数量。

  
图1.(A)SEM显微照片,显示在京尼平交联之前和之后的同轴电纺膜的形态; (B)TEM显微照片,显示在静电纺丝30分钟时具有不同组分的同轴电纺纤维的芯鞘结构。

  
图2.不同电纺芯鞘纤维膜的药物释放和体外降解:(A)PGM和PGMI在30天内的MOX释放曲线(n = 3); (B)来自PGI和PGMI的ICA释放曲线在30天内(n = 3); (C)MOMI和ICA在30天内释放PGMI(n = 3); (D)37℃下,在PBS(n = 3)中降解60天期间电纺芯鞘纤维膜的质量损失曲线; (E)SEM显微照片,显示在PBS中降解1和2个月后不同的芯鞘纤维膜的形态。

  
图3.电纺芯鞘纤维膜的体外抗菌和生物相容性评估:(A)在37℃培养12小时后,纤维膜周围的抑制区对抗革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性铜绿假单胞菌的图像。(B)在膜提取物中培养的MC3T3-E1细胞的RGR(n = 6); (C)MC3T3-E1细胞在膜提取物中培养24小时的显微镜图像(100×); (D)MC3T3-E1细胞粘附在电纺膜上4 h的O.D. 值;(E)增殖1,3,5和7天(n = 6); (F)和(G)分别为在PGMI膜上培养1天,3天,5天和7天的MC3T3-E1细胞的SEM和CLSM显微照片。

  
图4. MC3T3-E1细胞在静电纺芯鞘纤维膜上的体外成骨分化评估:(A)ALP浓度(n = 3); (B)OCN浓度(n = 3); (C)COL I浓度(n = 3)和(D)钙沉积物含量(n = 6)

  
图5.(A)移植后1个月,2个月和3个月再生骨的平片X射线照片; (B)手术后三个月再生骨的代表性3D微CT图像,再生骨显示为紫色; (C)植入后3个月的骨矿物质密度(BMD)和(D)骨体积/总体积(BV / TV比)分析(n = 3)。

文献链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1549963419300139?via%3Dihub

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