本文介绍了用于组织工程和细胞培养的聚合物电纺丝技术。具体描述了具有光反应性大分子单体的电纺丝过程，以及进一步的光图案化和多聚合物电纺丝加工能力。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
随着组织工程领域的发展，人们迫切需要开发出更合适的材料和加工技术，以满足更为复杂器官和组织在力学性能和血管化等方面的需求。静电纺丝是一种常用的技术，可用于制备模仿天然细胞外基质结构和尺寸尺度的纤维支架。这些纤维支架也可用作细胞培养基质，因为纤维能够引导细胞行为，包括干细胞的分化（详见 Mauck 的全面综述）等和 Sill等有关更多信息）。在本文中，我们描述了聚合物电纺丝的一般过程，并以一个实例说明如何电纺一种具有光交联能力的反应性透明质酸（参见 Ifkovits等有关光交联材料的综述，请参见相关文献。我们还介绍了进一步的加工能力，例如光图案化和多聚合物支架的形成。光图案化可用于制造具有通道和多尺度孔隙结构的支架，以增强细胞浸润和组织分布。多聚合物支架有助于更好地调节支架的性能（如力学性能和降解性能），包括为细胞浸润定制的孔隙率。此外，这些技术还可拓展应用于多种聚合物和反应性大分子单体，以构建复杂的支架结构，提供实现成功组织工程构建体所必需的生物学信号。
方案
A. 单一聚合物静电纺丝
- 在配制静电纺丝溶液之前，将光引发剂Irgacure 2959（I2959）溶于去离子水中，于37°C条件下搅拌数天，制成0.5 wt%的溶液。若未使用光反应性聚合物，则此步骤可省略。
- 将甲基丙烯酰化透明质酸（MeHA，合成方法参见Burdick et al.）、聚环氧乙烷（PEO，900 kDa）和I2959溶于去离子水中，配制终浓度为2 wt% MeHA、3 wt% PEO和0.05 wt% I2959的溶液。使用涡旋振荡器混合至溶液澄清。此步骤中可根据所需支架特性调整聚合物种类与浓度以及所用溶剂。
- 将溶液转移至注射器中，并在末端安装一根18号、6英寸长的平头针头。
- 设定注射泵以1.2 mL/hr的速率推注液体。将注射器和针头装入设备中。
- 将高压电源的接地端连接至收集装置。若需收集随机分布的纤维，使用平板金属板；若需收集取向排列的纤维，则使用以约10 m/s转速旋转的芯轴。将高压电源的正极导线连接至针头。静电纺丝装置的示意图见图1。
- 调节针头或收集装置，使二者之间保持15 cm的距离。
- 启动注射泵的液体流动。当观察到针尖出现液滴时，开启电源并将电压设定为22 kV。
- 收集完成后（薄层薄膜需数分钟，较厚纤维膜可达24小时），从收集装置上取下支架，并在真空条件下干燥过夜，以确保溶....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
采用静电纺丝技术从聚合物制备纤维支架。以透明质酸为基础的光交联支架作为示例，其交联过程需要光照。通过使用反应性大分子单体（如MeHA），并在光交联过程中使用掩膜，将先前已证明可增强细胞分布的通道结构引入支架中，从而形成宏观和微孔支架。此外，利用我们自行设计的装置，可同时进行两种不同聚合物的静电纺丝。通过在每种纺丝溶液中添加荧光染料，并随后使用荧光显微镜观察，验证了两种不同纤维群体的存在。与单一聚合物静电纺丝支架相比，多聚合物支架可用于增强细胞分布，并更精确地调节支架的力学性能和降解特性，以适应特定应用需求。此外，已成功实现支架的灭菌及细胞接种。上述多种技术具有良好的通用性，可用于多种不同聚合物，以制备适用于组织工程和细胞培养的多样化支架。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
致谢
本工作获得了美国心脏协会博士前奖学金对 JLI 的资助以及美国国立卫生研究院基金 R01AR056624 的支持。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 | |
|---|---|---|---|---|
| DAPI | 试剂 | Invitrogen | D1306 | |
| I2959 | 试剂 | Ciba Specialty Chemicals | ||
| PEO 200 kDa | Polysciences, Inc. | 17503 | ||
| PEO 900 kDa | 试剂 | Sigma-Aldrich | 189456 | |
| Methacryloxethyl thiocarbamoyl rhodamine B | 试剂 | Polysciences, Inc. | 23591-100 | 用DMSO配制储备液 |
| Live/Dead染色试剂盒 | 试剂 | Invitrogen | L3224 | 包含Calcein（使活细胞呈绿色）和乙啶同源二聚体（使死细胞呈红色） |
| 注射泵 | 设备 | KD Scientific | KDS100 | 双聚合物纺丝需使用两台 |
| 电源 | 设备 | Gamma High Voltage | ES30P-5W | 双聚合物纺丝需使用两台 |
| 电机 | 设备 | Triem Electric Motors, Inc | 0132022-15 | 必须连接至定制芯轴 |
| 转速计 | 设备 | Network Tool Warehouse | ESI-330 | 用于监测芯轴转速 |
| 带准直适配器的Omnicure紫外点光源固化系统 | 设备 | EXFO | S1000 | |
| 硅胶管 | 设备 | McMaster-Carr | 51135K151 | |
| 鲁尔锁母接头 | 设备 | McMaster-Carr | 51525K293 | |
| 鲁尔锁公接头 | 设备 | McMaster-Carr | 51525K143 | |
| 针头 | 设备 | Fisher Scientific | 14-825-16H | |
| 盖玻片 | 设备 | Corning | 2875-22 |
参考文献
- Burdick, J. A., Chung, C., Jia, X., Randolf, M. A., Langer, R. Controlled degradation and mechanical behavior of photopolymerized hyaluronic acid networks. Biomacromolecules. 6, 386-391 (2005).
- Baker, B. M., Gee, A. O., Metter, R. B., Nathan, A. S., Marklein, R. A., Burdick, J. A., Mauck, L. R.
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
