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絲素蛋白水凝膠——促神經(jīng)再生的新工具
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【研究背景】 用人工神經(jīng)移植物修復(fù)受損的周圍神經(jīng)得到了廣泛的研究，但成功修復(fù)長距離周圍神經(jīng)損傷（>40mm）仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。已發(fā)現(xiàn)在人工神經(jīng)移植物中引入定向微觀結(jié)構(gòu)可以誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的定向遷移和生長，還可以引導(dǎo)穿過受損區(qū)域的軸突快速生長，從而促進(jìn)神經(jīng)的修復(fù)和功能重建。據(jù)報(bào)道，絲素蛋白可以促進(jìn)雪旺細(xì)胞增殖，還可以支持神經(jīng)元生長，用于中樞神經(jīng)修復(fù)。南通大學(xué)楊宇民教授和凌玨副研究員報(bào)道了具有排列的微槽結(jié)構(gòu)的純SF水凝膠，具有促進(jìn)雪旺細(xì)胞生長和引導(dǎo)神經(jīng)突萌發(fā)以促進(jìn)周圍神經(jīng)再生的能力。該工作《Pure-silk fibroin hydrogel with stable aligned micropattern toward peripheral nerve regeneration》發(fā)表在Nanotechnology Reviews上。 【研究內(nèi)容】 蠶絲經(jīng)脫膠—溶解—透析—凍干后得到SF粉末，將SF粉末溶解在HFIP中制得TPSF水凝膠。Topo@TPSF水凝膠則是將SF溶液轉(zhuǎn)移到具有表面脊/凹槽微觀結(jié)構(gòu)的PDMS印章的模具中凝膠化后得到的。 TPSF水凝膠在固化后可以均勻地貼合各種形狀，具有柔性機(jī)械性能，即使在切割、彎曲和打結(jié)之后也是如此。TPSF水凝膠具有多孔結(jié)構(gòu)，這對于水凝膠用作生物材料至關(guān)重要。在1624 cm−1處觀察到SF的特征峰，代表酰胺I區(qū)的β片。 Topo@TPSF水凝膠顯示出規(guī)則排列的微溝結(jié)構(gòu)，寬度為10、30和50μm。將水凝膠浸入PBS中24小時(shí)。微圖案保持良好形狀，邊緣清晰，表明Topo@TPSF水凝膠具有良好的穩(wěn)定性。水凝膠的抗壓強(qiáng)度在0.15-0.2 MPa范圍內(nèi)，TPSF和Topo@TPSF的楊氏模量分別為2.7±0.7和2.4±0.3 MPa。這些結(jié)果表明，這些水凝膠在人體組織楊氏模量（1-100 kPa）范圍內(nèi)具有理想的機(jī)械性能，可用于潛在的體內(nèi)應(yīng)用。 水凝膠的接觸角均為<90°，表明水凝膠表現(xiàn)出良好的親水性。三種不同尺寸溝槽的水凝膠潤濕性沒有顯著性差異。TPSF和Topo@TPSF水凝膠都具有高孔隙率，這允許在組織生長過程中交換營養(yǎng)和代謝。 研究了雪旺細(xì)胞在TPSF水凝膠和溝槽寬度為30 μm Topo@TPSF水凝膠上的行為，兩種水凝膠都具有生物相容性（細(xì)胞活力：>95%）。Topo@TPSF水凝膠上的雪旺細(xì)胞顯示出以更小的取向角（7.2±2.6°）排列生長，而TPSF上的細(xì)胞以隨機(jī)方向擴(kuò)散。 軸突沿支架方向快速再生是修復(fù)長距離神經(jīng)缺損的關(guān)鍵。為了評估溝槽寬度為10、30和50 μm Topo@TPSF水凝膠的引導(dǎo)潛力，在水凝膠上培養(yǎng) DRG 神經(jīng)元，并評估這些水凝膠上的神經(jīng)突體外延伸。粘附在Topo@TPSF水凝膠上的神經(jīng)元都表現(xiàn)出沿微槽方向廣泛且排列整齊的神經(jīng)突萌芽。溝寬度為30μm的Topo@TPSF水凝膠上神經(jīng)元的平均軸突長度遠(yuǎn)長于其他尺寸的水凝膠上的神經(jīng)元軸突長度，且在引導(dǎo)神經(jīng)突發(fā)芽時(shí)表現(xiàn)出最有效的能力，具有最低的神經(jīng)突取向角（<10°）。相比之下，粘附在TPSF水凝膠上神經(jīng)元的神經(jīng)突向各個(gè)方向延伸，軸突長度遠(yuǎn)短于Topo@TPSF水凝膠。這些結(jié)果表明，Topo@TPSF水凝膠具有促進(jìn)軸突生長和引導(dǎo)神經(jīng)突萌發(fā)的強(qiáng)大能力，可能適用于修復(fù)長距離周圍神經(jīng)損傷。 【結(jié)論】 該研究開發(fā)了一種不含化學(xué)交聯(lián)劑的高強(qiáng)度微圖案SF水凝膠。該水凝膠具有優(yōu)異的機(jī)械性能，良好的柔韌性和高強(qiáng)度。在生物相容性方面，該水凝膠具有良好的親水性，支持細(xì)胞附著和細(xì)胞存活。具有排列微槽結(jié)構(gòu)的水凝膠可以成功調(diào)節(jié)雪旺細(xì)胞的生長，促進(jìn)軸突生長，并引導(dǎo)神經(jīng)突萌芽。因此，這種新型SF水凝膠將為周圍神經(jīng)再生提供一種有前途的工具。 【通訊作者介紹】 楊宇民（yangym@ntu.edu.cn），南通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。長期從事醫(yī)學(xué)組織工程與生物材料教學(xué)和科研工作，特別是在植入人體生物材料的制備、仿生構(gòu)建、性能優(yōu)化、功能修復(fù)、降解及功能調(diào)控、材料生物學(xué)機(jī)制等方面進(jìn)行了系統(tǒng)深入研究。研發(fā)的醫(yī)用人工神經(jīng)移植物獲得國家三類醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊并應(yīng)用于臨床。主持參與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、國家基金委面上項(xiàng)目等國家級課題近20項(xiàng)，以通訊/第一作者在本領(lǐng)域權(quán)威期刊如Science Advances、Nano Letter、ACS Nano、AFM、Chem Engineer J、Bioactive Materials、Biomaterials等發(fā)表SCI論文130余篇，被引用6000余次。 凌玨（jl2016@ntu.edu.cn），南通大學(xué)副研究員。主要研究方向包括:生物熒光探針、智能生物材料、光敏材料、組織修復(fù)材料等。在NatureChemistry、ChemistryWorld、ChemistryViews、MaterialsToday、Chem.Sci.和Chem.Commun.等國際高水平期刊上發(fā)表研究成果。 【文章信息】 Xinyi Gu , Xiaoli Chen , Xiaoxuan Tang , Zhihao Zhou , Tingting Huang , Yumin Yang， Jue Ling. Pure-silk fibroin hydrogel with stable aligned micropattern toward peripheral nerve regeneration. Nanotechnology Reviews，2021. 原文鏈接： https://doi.org/10.1515/ntrev-2021-0002 |
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