圖案化納米纖維膜+水凝膠制備生物3D打印人造皮膚替代品
時間：2024-09-10 09:50 來源： EFL生物3D打印與生物制造 作者：admin 閱讀：次
受膠原納米纖維承受壓力和調(diào)節(jié)細胞行為的啟發(fā)，中國科學院深圳先進技術研究院趙曉麗團隊將圖案化的納米纖維膜引入印刷水凝膠支架中，以制造復合人造皮膚替代品（CASS）。模仿膠原蛋白的納米纖維膜有效提高了CASS的拉伸強度和抗斷裂性，使其可縫合以牢固地植入皮膚缺損處。同時，圖案化的納米纖維膜還提供了引導細胞行為的生物線索。因此，CASS通過促進上皮再形成和膠原沉積，有效加速小鼠和豬模型中大面積皮膚缺損的再生（方案1）。
相關研究成果以“3D Bioprinting of Artificial Skin Substitute with Improved Mechanical Property and Regulated Cell Behavior through Integrating Patterned Nanofibrous Films”為題于2024年6月28日在線發(fā)表在《ACS Nano》上。
方案1 生物3D打印CASS及其在傷口愈合中的應用示意圖
1. 混合水凝膠油墨的制備與表征
復合人造皮膚替代品（CASS）是通過在印刷水凝膠支架中引入圖案化納米纖維（PN）薄膜來使用仿生策略制備的。作者選擇由明膠（Gel-MA）和透明質(zhì)酸（HA-MA）組成的混合水凝膠作為印刷油墨，以模擬天然皮膚組織的化學成分。因此，首先研究了這種油墨的可印刷性和物理化學性質(zhì)。通過流變測試、實際打印效果評估、降解速率評估、細胞實驗和動態(tài)流變分析篩選出具有良好生物相容性和較高機械性能的G10H2凝膠（即Gel-MA濃度為10，HA-MA濃度為2）作為水凝膠油墨（圖1）。
圖1 雜化水凝膠油墨的表征
2. PN薄膜的制備和表征
PN薄膜旨在集成到CASS中，以改善其機械性能并提供膠原蛋白模擬生物線索。由于具有緊密堆積的納米纖維結構的一般靜電紡絲薄膜可能會阻礙細胞通過薄膜的遷移，因此構建了具有貫穿孔的圖案化靜電紡絲納米纖維薄膜，這些薄膜通過靜電紡絲收集在具有直徑 2.0 mm貫穿孔的圖案不銹鋼板上（圖 2A）。SEM、細胞實驗說明P15G1.5-5薄膜（即聚乳酸-乙醇酸(PLGA)含量為15% w/v，Gel-MA含量為1.5% w/v，紡絲時間為5 min）允許人真皮成纖維細胞 （HDF）穿透孔隙到達培養(yǎng)皿，因此選擇該薄膜進行后續(xù)實驗，并將其命名為PN薄膜。
圖2 PN膜的表征
3. PN薄膜增強復合人造真皮（CAD）的機械性能
通過打印具有梯度孔隙的水凝膠支架并將PN薄膜插入其中來構建CAD，以便從外到內(nèi)模擬分層的天然皮膚組織，包括基底層、真皮和網(wǎng)狀真皮。本文按照水凝膠-膜-水凝膠-膜-水凝膠的順序，使用三個梯度水凝膠室和兩個PN膜制備了一個簡化模型（圖3A）。在光學照片中觀察到水凝膠室的梯度孔隙率（圖3B）。CAD與水凝膠真皮（HAD）在拉伸應力下的對比表明，CAD的抗拉伸性遠強于HAD。機械性能測試表明PN膜的插入有效地改善了CAD在拉伸應力、抗斷裂性和耐縫性方面的力學性能（圖3C-F）。此外，CAD可以縫合在裸鼠的皮膚上，為全層傷口提供全面覆蓋，并緊緊附著在傷口邊緣，類似于臨床皮膚移植物（圖3G）。
圖3 復合人工真皮(CAD)的力學性能
(責任編輯：admin)
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