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将2D纳米纤维膜转换为具有结构和成分梯度的3D分级组件用于调节细胞行为

       通过自然选择和优化,结构和组成梯度在生物系统中无处不在。一种类型的梯度与结构的空间变化有关,包括孔径,孔隙率和胶原纤维组织。另一种类型的梯度与生物矿物质,无机离子,生物分子和水的局部浓度/含量的变化程度不同有关。将这些自然存在的梯度的概念转变为合成支架,在改善调节细胞反应的功能,包括分布,形态,粘附,存活,迁移,代谢和分化具有巨大的潜力。许多研究人员已经尝试使用3D打印、微流体、接触印刷、紫外线辅助毛细管成型、成孔剂、热诱导相来制造具有结构(例如,孔径和纤维组织)和成分(例如,矿物质、粘合配体和生长因子)梯度的支架。然而,这些方法产生的支架通常缺乏仿生纳米纤维结构,3D构造或较高的细胞接种存活率。为了最大化提高生理相关性和细胞接种存活率,迫切需要开发结合结构和成分梯度的仿生3D支架。  
       最近,在《ADVANCED MATERIALS》上发表的一篇文章中,美国内布拉斯加大学医学中心的研究人员首次报道了将2D电纺聚(ε-己内酯)(PCL)纳米纤维膜转化为仿生,干细胞调节,具有结构和成分梯度的3D分级组件的过程。在气体发泡过程中,通过加入各种量的表面活性剂来调节2D膜在不同层中的膨胀,从而产生孔径梯度。纤维组织中的梯度是通过使2D纳米纤维膜膨胀而形成的,该膜是由通过改变心轴的旋转速度收集的多个区域组成。通过滴加,扩散和交联,可以在3D组件上获得了由径向对齐的纳米纤维组成的成分梯度。
       研究人员证明了结构以及成分对细胞反应的影响,发现了与在较大孔径的组件上培养的骨髓间充质干细胞相比,孔径较小的3D纳米纤维组件上的骨髓间充质干细胞显示出明显更高的缺氧相关标志物表达和增强的软骨形成分化。在体外伤口愈合模型中,基本的成纤维细胞生长因子梯度可以加速成纤维细胞从周围区域向中心的迁移。具有结构和组成梯度的3D纳米纤维组件在调节细胞反应方面具有广阔的前景,在伤口愈合,组织修复和再生以及组织建模方面具有潜在的应用前景。(来源:QYIM & AMSC XX CHEN 编报)

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