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[原创]电喷-电纺技术构建可注射纳米纤维微球及其在细胞载体方面的应用（2018-07-24 16:44:18）

标签：电纺技术 微球 细胞载体  

可注射纳米纤维微球的功能类似于3D支架，用于传递细胞和生长因子/药物使损伤部位组织再生。纳米纤维微球的可注射和仿生属性，使其在生物医学应用领域受到越来越多的关注。近日，内布拉斯加医学中心谢敬伟教授课题组首次报道了结合静电纺丝和电喷雾制备纳米纤维微球的新方法，并探索了其在细胞治疗领域的潜在应用。首先，电纺聚合物和生物活性玻璃纤维，经过冷冻冷冻切割或探针超声波仪均质化形成所需长度的电纺纳米纤维段的分散体，再通过电喷滴入液氮，然后冷冻干燥和热处理，最终得到纳米纤维微球。相关研究发表于ACS Appl. Mater. Interfaces，DOI: 10.1021/acsami.8b06386。

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图1. 纳米纤维微球的制备示意图及其用于干细胞和药物递送。

通过冷冻切割和/或用探针超声波仪均化制备短电纺NF片段。PLGA-明胶和生物活性玻璃纤维的随机纤维垫使用探针超声波仪均化，从图中可以看出均匀化下短纤维段中值长度为~20μm，而对齐的PCL-明胶NF垫冷却切割的长度为30和50微米。

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图2.（A）用探针超声波仪均化的PLGA-明胶（1：1）电纺NF的形貌和（B）尺寸分布，使用冷冻切片机将明胶（1：1）NFs分段成50（C）和30μm（D）的长度。

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图3. PCL-明胶（1：1）NF的微球粒径变化（G）作为针尖和收集器固定流量和距离施加电压的函数[8kV（A，B）; 9kV（C, D）; 和10 kV（E，F）。

微球尺寸可以通过改变电喷过程中的施加电压进行调控，从图3A，B中的SEM图像可以观察到在8kV的较低电压下，微球粒径为400和450μm以及狭窄的尺寸分布，这归因于较低的电压有助于在滴灌模式下电喷形成液滴。在进一步将直流电压增加到9 kV时，形成较小的液滴，导致较小的微球粒径150至275μm，但是具有较宽的尺寸分布范围（图3C，D）。将施加的电压进一步增加至10kV，微球尺寸范围为125到200μm。

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图4. 通过电喷制备不同形貌的PCL-明胶（1：1）微球：固体（A），NF（B），多孔纳米纤维微球（C）和空心纳米纤维微球（D）。

此外，通过电喷还可以制备多种形貌，包括固体，纳米纤维，多孔纳米纤维微球，以及空心纳米纤维微球。研究表明，与固体微球相比，纳米纤维微用于大鼠骨髓间充质干细胞的细胞载体效率更高。小鼠胚胎干细胞可以在纳米纤维微球上进行神经分化，β-III-微管蛋白和β-微球蛋白的阳性染色表明神经突向外生长。

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图5. 由NF-β制备的不同组成的纳米纤维微球PLGA-明胶@ 1：1（A），PLGA-明胶@ 3：1（B），PLGA NF @ 10 mg/mL，0.25 wt％明胶，（C）在0.25wt％藻酸盐（D）生物活性玻璃纳米纤维 @ 10mg/mL。

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图6. 在PCL-明胶固体和NF微球上rBMMSC的增殖（1：1）的对比图。

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图7. 小鼠胚胎干细胞在（A）纳米纤维微球和（B）固体微球上的神经分化。

可注射的纳米纤维微球细胞载体，可能用于治疗脑卒中，神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症和帕金森病，以及心肌梗塞等心脏疾病。上述疾病的特征在于缺少血诱导细胞。因此，缺血/缺氧的补充缺血预处理的干细胞可以增强细胞生存并使组织再生。为此，NF微球的研究证明是不同干细胞/祖细胞类型的细胞载体。本研究第一次结合电喷和静电纺丝用于构建NF微球，且制备的可注射的纳米纤维微球改善了干细胞的活力，在细胞治疗中具有广泛的应用前景。

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文章来源：易丝帮