仿生電紡膜作為潛在骨再生材料的體外研究

2020-12-06 易絲幫

J. Dent.：仿生電紡膜作為潛在骨再生材料的體外研究

DOI:10.1016/j.jdent.2020.103359

目的：評估新型電紡複合膜（有機聚合物/二氧化矽納米顆粒）的表面特徵和成分，以提高成骨細胞的活性。

方法：膜是由一種新型聚合物共混物組成的，是兩種親水性共聚物2-羥甲基丙烯酸乙酯-共聚-甲基丙烯酸甲酯和2-羥乙基丙烯酸酯-共聚-丙烯酸甲酯的混合物，並摻有二氧化矽納米粒子。然後用鋅或多西環素對膜進行功能化。通過原子力和掃描電子顯微鏡（FESEM）對膜進行形態學表徵，並使用納米壓頭進行機械探測。評估了仿生磷酸鈣在聚合物組織上的沉澱。使用人骨肉瘤細胞進行細胞活力檢測。採用FESEM研究了細胞形態。通過ANOVA、Student-Newman-Keuls和Student t檢驗分析數據（p<0.05）。

結果：二氧化矽摻雜提高了膜的生物活性和機械性能。膜的形態和機械性能與小梁骨相似。鋅和多西環素的摻雜沒有引起變化，但增加了新型膜的生物活性。研究發現該膜允許成骨細胞增殖。二氧化矽摻雜有利於細胞增殖和擴散。接種後24小時，摻矽膜中的細胞通過絲狀偽足牢固地附著在實驗組織上，彼此相連。細胞在表面產生膠原蛋白和礦物質。

結論：二氧化矽納米粒子增強了電紡膜的表面性能和成骨細胞的活力。

臨床意義：二氧化矽摻雜基質促進磷酸鈣沉澱的能力、加上其機械性能、無毒性、對成骨細胞有刺激作用、其表面化學允許蛋白質共價結合，為骨再生應用提供了潛在的策略。

圖1.實驗膜（n=3）的鋅螯合能力a）和多西環素功能化值b）。

圖2.膜表面的AFM圖像：a）COOH-膜、b）COOH-Si膜、c）Zn-Si-膜和d）Dox-Si-膜。可以觀察到重疊和隨機分布的納米纖維。所有表面呈現相似的形態。

圖3.SBF浸沒7天後膜的FESEM顯微照片顯示：a）COOH-膜中觀察到很少或沒有圓形礦物沉積物，b）COOH-Si-膜，c）Zn-Si-膜和d）Dox-Si-膜。納米纖維失去了光滑的外觀。礦物沉積物均勻分布在整個納米纖維表面（b、c和d）。在EDX分析二氧化矽負載的膜後鑑定出鈣和磷酸鹽（Ep1、Ep2、Ep3和Ep4分別對應於圖像a、b、c和d）。EDX光譜中也存在矽。鎂和鋁是樣品架中的汙染元素。

圖4.掃描模式下膜表面的納米DMA分析：a）COOH-膜、b）COOH-Si-膜、c）Zn-Si-膜和d）Dox-Si膜。屬性圖對應於複數（E *）、損耗（E）、儲能模量（E』）和正切增量（δ）。掃描區域為20 x 20 μm。比例尺對應於GPa的值。

圖5.不同膜的Alamar藍測試後獲得的螢光平均值和標準偏差。每張膜接種1.6 x 106 HOS TE85人骨肉瘤細胞，並培養至不同的時間點。沒有將成骨誘導劑添加到培養基中。實驗一式三份進行。相同的大寫字母表示培養1天後膜之間無顯著性差異。相同的小寫字母表示培養3天後膜之間沒有差異。相同的符號表示培養7天後膜之間沒有差異。鑑於相同的膜，數字表示時間點之間的差異。如果p<0.05，則學生Newman Keuls多重比較均顯著。

圖6.接種有成骨細胞並培養了24h、7和14天的實驗膜的表面FESEM圖像。每個組織接種1.6 x 106 HOS TE85人骨肉瘤細胞。在沒有成骨誘導劑的情況下培養細胞。以下圖像對應於COOH膜上的細胞：a）24h後，在膜上觀察到一些扁平且細長的細胞（指針）。可以觀察到長的成骨細胞絲狀偽足穿過膜表面（箭頭），它們比膜中的纖維粗。b）7d後，在更高的放大倍數下，觀察到成骨細胞被細胞外物質覆蓋（指針），絲狀偽足與膜纖維混合在一起（箭頭）；c）14d後，可以看到幾個相互連接的定向成骨細胞（指針），在表面上檢測到大量絲狀偽足（箭頭）。下列圖像對應於COOH-Si-膜上的細胞：d）24h後，在高倍放大下，成骨細胞以及它們之間的融合（指針）清晰可見，成骨細胞胞漿中也可見許多絲狀偽足（箭頭）；e）7d後，在膜表面上檢測到成骨細胞（指針），它們部分被纖維狀物質和絲狀偽足（箭頭）覆蓋，還可以看到一些礦物質沉積物（雙箭頭）；f）14d後，成骨細胞被礦物質沉積物覆蓋（雙箭頭），在表面上也觀察到微小的晶體（箭頭）。以下圖像對應於Zn-Si-膜上的細胞：g）24h後，觀察到大的成骨細胞（指針）並且彼此融合，可見細胞質中出現的絲狀偽足（箭頭），在膜表面檢測到一些礦物質沉積（箭頭）；h）7d後，大的成骨細胞（指針）和大量絲狀偽足（箭頭）與膜緊密接觸並在膜深處相遇；i）14d後，可以看到一些成骨細胞（指針），但大多數成纖維細胞被纖維狀物質和帶有晶體的礦質沉澱物（箭頭）覆蓋，成骨細胞被這種新產生的礦化材料完全覆蓋。最後的圖像對應於Dox-Si-膜上的細胞：j）24h後，在膜表面檢測到大的成骨細胞（指針）和厚的絲狀偽足（箭頭）；k）7d後，可見部分被纖維狀物質覆蓋的成骨細胞（指針），還觀察到礦物質沉積（雙箭頭）和晶體（箭頭）；l）14d後，細胞附著在膜表面（指針），細胞產生大量的細胞外基質和纖維，在某些情況下不易與膜的納米纖維區分，成骨細胞產生的纖維部分或完全覆蓋了細胞，微小的晶體散布在細胞膜或新產生的纖維上（箭頭）。當二氧化矽存在於膜成分中時，細胞附著和擴散、纖維生產和礦物質沉積均得以增強。

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文章來源：易絲幫

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