DOI:10.1021/acsbiomaterials.9b01682

心脏组织工程在再生功能性心脏组织方面有着广泛的应用前景。其主要策略是设计可重现天然心脏微环境的支架，以增强细胞和组织功能。在各种生物材料体系中，具有定向形态和增强导电性的纳米纤维基质倾向于诱导具有增强功能的定向工程化心脏组织的形成。目前的挑战是在不影响支架生物相容性的情况下，利用导电添加剂使支架功能化。在本研究中，研究者开发了一种全水性的工艺来制备导电碳纳米管/丝素蛋白（CNT/丝素）电纺支架。碳纳米管在纳米纤维中分布良好，为培养新生大鼠心肌细胞提供了导电性增强、生物相容性良好的支架，从而促进了心肌细胞的扩散和心肌特异性蛋白的表达。此外，定向碳纳米管/丝素蛋白复合支架具有引导心脏组织定向组织以及肌节和缝隙连接的仿生分布的能力。实验结果表明，通过这种水性加工方法制备的碳纳米管/丝素支架在支持功能增强的心肌组织形成方面具有巨大的潜力。

图1.CNT/丝素电纺支架的无溶剂制备示意图。（A）通过将CNTs添加到GA溶液中然后超声处理来制备CNT水分散体，然后将其以不同的体积比与丝素/PEO溶液混合来制备具有不同CNTs含量的CNT/丝素电纺支架。（B）照片显示，分散在水中的CNTs在2小时内快速消退，而分散在GA溶液中的CNTs在30天后保持稳定。（C）GA溶液中2.5％（w/v）CNT分散液的TEM图像显示了分散良好的单个纳米管。（D）静电纺丝前溶液的照片。（E）初纺和后处理的CNT/丝素电纺支架的照片显示，随着CNT含量的增加，材料颜色会加深。

图2.CNT/丝素支架的形态。（A）关于丝素和CNT/丝素支架的表面形态的SEM图像。（B）丝素和CNT /丝素支架的纤维直径。（C）随机和定向支架的纳米纤维排列。

图3.CNT/丝素支架上的表征。（A）在CNT/丝素纳米纤维（CNT/silk2）上的TEM图像。箭头表示纳米纤维中嵌入的CNTs。（B）CNT/丝素支架的典型拉伸曲线。（C）根据拉伸曲线计算的CNT/丝素支架的杨氏模量、（D）拉伸强度和（E）断裂伸长率。（F）CNT/丝素支架的FTIR光谱。（G）浸入Milli-Q水中的CNT/丝素支架的电导率。（H）水接触角的照片和（I）定量结果显示了CNT/丝素支架的亲水-疏水特性。

图4.心肌细胞的细胞活力。（A）第7天，在支架上培养的心肌细胞的活/死染色图像。（B）从第7天的活/死染色图像计算出的定量细胞活力。

图5.心肌细胞的F-肌动蛋白染色和序列分析。（A）第7天的F-肌动蛋白染色图像和细胞核排列。（B）细胞核定量长宽比和（C）联配值。

图6.在碳纳米管/丝支架上培养心肌组织的肌节形成。免疫荧光图像共同染色α-肌动蛋白和cTnI显示心肌细胞在（A）随机和（B）定向支架上形成肌节结构。（C，D）定量结果显示每个细胞的（C）α-肌动蛋白和（D）cTnI的表达面积。

图7.在CNT/丝素支架上培养的心脏组织的缝隙连接形成。（A，B）Cx-43的免疫荧光图像显示在（A）随机和（B）定向组中形成缝隙连接。（C）每个细胞Cx-43表达区域的定量结果。