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Science子刊:纳米纤维增强水凝胶材料用于模拟脂肪软组织

已有 2538 次阅读 2020-4-5 14:44 |个人分类:再生医学前沿|系统分类:科研笔记

肿瘤切除,局部创伤,衰老和先天畸形导致的软组织损失每年都对数百万人的生活产生重大的影响。现有的用于软组织修复的材料都有其各自的缺点,例如:使用自体皮瓣修复会导致供体部位的缺损,人造假体植入容易引发排异反应和组织纤维化,脂肪移植和真皮填充只适用于小组织的重建,而且只能提供短期的组织修复。目前,软组织重建领域缺乏一种材料能在填充组织缺损的同时,促进早期血管的形成。


针对上述挑战,美国约翰霍普金斯大学的研究人员利用聚己内酯(PCL)纳米纤维增强透明质酸(HA)水凝胶以模仿软组织的力学性能和微观结构。研究表明,纳米PCL纤维的增强效应是否能够发挥的关键在于其是否能够同水凝胶基质产生可靠的界面粘接。研究人员通过对PCL纤维进行表面处理,使得其能够与HA水凝胶产生可靠的共价连接。这样的共价连接避免了PCL纤维在HA水凝胶凝胶化过程中的相分离,能够显著地提高水凝胶复合材料的刚度。除了刚度外,分散在水凝胶基质中的PCL纳米纤维形成了与天然脂肪组织相似的纤维状微结构。这种设计增加了水凝胶复合材料的体积孔隙率和细胞渗透率,同时实现了足够高的刚度,使水凝胶复合材料能够模拟真实的脂肪组织。

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图1. 水凝胶复合材料的设计策略。(A)PCL纳米纤维-HA水凝胶复合材料的合成和结构示意图。(B)大鼠天然脂肪组织和(C)水凝胶复合材料的SEM图像。(D)水凝胶复合材料(左)和HA水凝胶(右)的光学图像。(E)使用注射器挤出水凝胶复合材料。(F)(G)有和无界面粘接的水凝胶复合材料的力学性能对比。


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