靜電紡絲制備法-3D納米纖維球

以納米纖維研究的日本國(guó)立福井大學(xué)藤田準(zhǔn)教授的研究室使用我司的靜電紡絲設(shè)備成功創(chuàng)建了模仿囊腫立體結(jié)構(gòu)的“納米纖維球”。

模仿囊腫立體構(gòu)造的納米纖維球

<開(kāi)頭>

囊腫是一種多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，多為內(nèi)部具有液體和半固體物質(zhì)的球形蓑衣。通常自然治愈，無(wú)害，但有時(shí)也會(huì)變成惡性腫瘤。

因?yàn)榧词鼓軌蛑谱?D細(xì)胞凝聚體也不能形成像細(xì)胞一樣的空心構(gòu)造而導(dǎo)致很難弄清楚囊腫的細(xì)胞行為。

在這項(xiàng)研究中，受控的納米結(jié)構(gòu)為空心納米纖維球。
通過(guò)靜電紡絲（ES）制作了名為“納米纖維球”的模型囊腫。

藻朊酸水凝膠是由具有良好生物相容性和生解性的褐藻類(lèi)而獲得的天然親水性,并具有陰離子性多糖類(lèi)，因此在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被廣泛調(diào)查。

由于二價(jià)陽(yáng)離子的存在，藻朊酸鹽容易凝膠化,而交聯(lián)的藻朊酸通過(guò)乙烯二胺四酸（EDA）形成并且容易溶解。
矩陣?yán)w維選擇了生物相容性和柔軟性的聚酯Po（3-羥基丁二烯-o-3-羥基六烯醇）（PHBH）,使用ES模仿細(xì)胞外矩陣（ECM）并制作了具有特定地形的納米纖維。

<材料>

PHBH(3HH＝10.6mol%)

海藻酸鈉（500cps）

氯仿（CHCl3）

氯化鈣（CaCl2）

EDTA
 

<納米纖維球的制作方法>

首先將5w/v%的藻朊酸鈉斷斷續(xù)續(xù)滴到1w/v%CaCl2中,并制作海藻酸水楊酸。接著在銀酸珠上穿過(guò)鋁線(xiàn),沿著靜電紡絲收集器的旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置后進(jìn)行紡絲。

密度和方向由收集器的旋轉(zhuǎn)時(shí)間和旋轉(zhuǎn)速度控制。

每10分鐘6次用10mM EDIA溶液將ES后鈣離子凝膠化的藻朊酸水凝膠洗凈,并將它放置在EDA溶液中一夜，使鈣離子發(fā)生氧化。清洗后用于細(xì)胞培養(yǎng)。

?裝置:NANON
?電壓:29kV
?溶液:15w/v%PHBH-CHCl3

?溶液推進(jìn)量: 0.1ml/h
?噴頭與收集器之間距離:100mm

?最內(nèi)層 紡制時(shí)間45分鐘，旋轉(zhuǎn)速度100rpm（隨機(jī)纖維）

?中間層 紡制時(shí)間25分鐘、旋轉(zhuǎn)速度500rpm（稍弱配向膜）

?最外層 紡制時(shí)間25分鐘，旋轉(zhuǎn)速度1000rpm（強(qiáng)烈配向膜）

<納米纖維球的形態(tài)分析結(jié)果>

?內(nèi)徑3.8mm、外徑4.1mm、內(nèi)部體積230mm3

?從芯鋁收集器上取下時(shí)會(huì)形成兩個(gè)導(dǎo)管，可用于細(xì)胞懸浮液注入。內(nèi)徑0.58mm。

?球體內(nèi)側(cè)為隨機(jī)纖維，表面光滑。纖維直徑1.70±0.41mm，配向參數(shù)0.11±0.06。因?yàn)槔w維被密封，所以雖然是多孔質(zhì)，但是沒(méi)有可供細(xì)胞穿透的間隙。因此，氧氣和營(yíng)養(yǎng)素均可以從外部供給，但細(xì)胞只能通過(guò)管道移動(dòng)。

?球體外側(cè)為朝向圓周方向的配向纖維。纖維直徑1.76±0.57mm，定向參數(shù)0.51±0.07。

?通過(guò)調(diào)整藻朊酸珠的尺寸和旋轉(zhuǎn)速度，可以制作各種類(lèi)型的球體。

?通過(guò)ATR-FTIR光譜測(cè)量來(lái)確認(rèn)不存在殘留的海藻酸。

?根據(jù)CesSildrop法的水接觸覺(jué)測(cè)定結(jié)果，確認(rèn)通過(guò)進(jìn)行酵素等離子體處理可使疏水性聚合物PHBH親水化。

?為細(xì)胞粘結(jié)提供良好的微觀環(huán)境。

?由于營(yíng)養(yǎng)素和局部氧濃度的差異，長(zhǎng)期培養(yǎng)的細(xì)胞形成了高配向結(jié)構(gòu)，朝著管道中心的直徑方向細(xì)。因此，認(rèn)為濃度梯度有可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移。

?管道周?chē)峭ㄟ^(guò)導(dǎo)電電線(xiàn)使用靜電紡絲法直接紡制的隨機(jī)纖維。

?如果從內(nèi)而外向管道移動(dòng)的細(xì)胞到達(dá)過(guò)多的區(qū)域，纖維結(jié)構(gòu)為防止細(xì)胞向外移就會(huì)像魚(yú)瓶陷阱一樣移動(dòng)。另外，長(zhǎng)期培養(yǎng)層內(nèi)的細(xì)胞會(huì)覆蓋內(nèi)部但沒(méi)有深入纖維。因?yàn)閴Ρ谑欠嵌嗫椎模杂凶銐虻拿芏葋?lái)阻礙細(xì)胞的移動(dòng)。因此，納米球可以提供適當(dāng)?shù)募?xì)胞來(lái)粘結(jié)表面。

?細(xì)胞外矩陣結(jié)構(gòu)的緊密網(wǎng)絡(luò)生成也已明確。可確認(rèn)直徑為225±136mm的薄纖維。比PHBH支架及細(xì)胞本身薄得多，與骨膠原纖維相似，因此認(rèn)為是U-251細(xì)胞產(chǎn)生的ECM纖維。

<結(jié)論>

通過(guò)溶解藻朊酸珠，可以創(chuàng)建新的3D空心納米纖維球。玻璃珠殘留的中空空間和納米纖維的各向異性模仿了細(xì)胞培養(yǎng)模型的囊腫環(huán)境。

另外，PHBH空心納米纖維還提供了用于研究細(xì)胞間和細(xì)胞ECM相互作用的人造環(huán)境培養(yǎng)系統(tǒng)。

這項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀兄诜治瞿夷[中的生物行為。最終有可能將目光投向惡性性狀轉(zhuǎn)換等臨床上尚未闡明的現(xiàn)象，另外此研究在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用上也有巨大的可能性。

<用途>

?囊腫的體外模型（進(jìn)一步調(diào)查ECM在細(xì)胞生物學(xué)中的作用等）

?作為體內(nèi)組織和器官的支架

?開(kāi)發(fā)動(dòng)脈瘤的*佳治療方法

?血栓性動(dòng)脈瘤生長(zhǎng)機(jī)理的分析

?作為非纖維的加工模板來(lái)模仿其他臟器和組織等