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Carbohydr. Polym.:再生纤维素纳米纤维增强的壳聚糖水凝胶用于骨组织工程支架
2020/9/4 14:58:24 易丝帮

DOI:10.1016/j.carbpol.2020.117023

天然水凝胶支架的机械强度不足是骨组织工程的一大挑战。在这项研究中,通过将再生纤维素(rCL)纳米纤维掺入壳聚糖(CS)水凝胶解决了这一局限性。电纺醋酸纤维素(CA)纳米纤维经过脱乙酰作用再生了rCL纳米纤维。所制备的rCL/CS复合支架显示出独特的多孔形态,rCL纳米纤维嵌入CS基质中。抗压强度测试表明,与纯CS相比,rCL/CS支架具有更高的抗压强度。rCL/CS支架显示出更高的生物矿化作用和增强的成骨前细胞(MC3T3-E1)活性、附着力和增殖能力。碱性磷酸酶(ALP)和茜素红(ARS)染色结果表明,rCL/CS复合支架的成骨分化能力得到了改善。因此,新的制备思路和实验结果表明,rCL/CS复合水凝胶支架有望成为一种有希望的骨组织工程三维生物支架。

 

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图1.纯CS和rCL/CS复合水凝胶支架的制备步骤示意图。


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图2.rCL、纯CS、rCL/CS-1和rCL/CS-2支架的(A-D)数字图像,分别以低(E-H)和高分辨率(I-L)显示的(E-L)FE-SEM图像。


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图3.(A)rCL、纯CS和rCL/CS支架的FT-IR和(B)XRD。


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图4.(A)CS、rCL/CS-1和rCL/CS-2水凝胶支架的吸水率,(B)溶胀率和(C)降解曲线。rCL/CS-1和rCL/CS-2分别表示复合水凝胶支架中包含的rCL纳米纤维的含量低和含量高。


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图5.抗压强度测试。(A)各种支架的应力-应变曲线,(B)抗压强度,(C)杨氏模量和(D-F)循环压缩测试。压缩百分比=90%,循环压缩测试的循环次数=100个循环。在所有测试中,均进行了3次连续测试,数据以平均值±标准差(SD,n=3)表示。


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图6.纯CS和rCL/CS水凝胶支架的体外生物矿化研究。通过SBF孵育3、7、14和21天进行生物矿化。在第21天进行EDS,获得的CS和rCL/CS水凝胶支架的Ca/P比分别为1.56、1.74和1.83。


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图7.(A)在纯CS和rCL/CS水凝胶支架上培养的MC3T3-E1前成骨细胞的CCK-8分析和(B)CLSM显微图像。在CCK-8和CLSM实验中,MC3T3-E1细胞的密度均维持在3×104个细胞/孔。在第1、3和7天进行CCK-8和CLSM成像。在CLSM中,分别用DAPI(蓝色)和罗丹明(红色)对细胞的细胞核和细胞骨架进行染色。CCK-8数据表示为平均值±标准差(n=3),**p<0.01。


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图8.(A和B)ALP活性测定和(C和D)ARS染色。B和D分别是ALP和ARS染色的MC3T3-E1诱导基质的数字图像。两种测定的细胞(MC3T3-E1)接种密度均为3×104个细胞/孔。在第7天和第14天进行ALP活性测定,而ARS实验在第14天和第21天进行。数据表示为平均值±标准差(n=3),*p<0.05。

 

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