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膠原蛋白是細胞外基質中主要的纖維蛋白,占人體當中的20%-30%,含量豐富。膠原蛋白非常柔韌,可以加工成各種形式用于生物組織工程領域,其在調節細胞功能和為組織器官提供結構支持方面起著重要作用。靜電紡絲作為一種簡單易用的纖維制備方法,可制備從幾微米到幾納米直徑的纖維,可紡聚合物多達200多種。膠原蛋白常被作為靜電紡絲的溶液,目前靜電紡絲可以產生用于各種目的對齊和隨機膠原納米纖維。在組織工程中,纖維排列很重要,因為它會影響機械性能和細胞活性。

 

靜電紡絲技術可用于將膠原材料轉化為納米纖維材料,這些材料具有多孔微納米結構,具有良好的機械性能和優異的生物相容性。 這些納米纖維在生物醫學應用中的潛在用途包括組織工程(例如人造皮膚、人造血管系統、軟骨修復等)、藥物輸送、止血敷料、牙周修復、生物膜和傷口敷料。 下圖闡述了靜電紡絲膠原蛋白纖維與細胞外基質的類似性與通過改性后的相關應用。

 

圖1 靜電紡絲膠原蛋白纖維的類細胞外基質結構和改性后的纖維在組織工程中的運用

 

靜電紡膠原納米纖維在幾個方面優于其他聚合物納米纖維。首先,膠原蛋白是體內許多組織的主要 ECM 蛋白。因此,膠原納米纖維最接近地模仿天然組織的超微結構。其次,膠原蛋白的免疫原性較差。膠原納米纖維的植入不太可能激活宿主免疫反應。第三,膠原蛋白具有優良的生物相容性。因此膠原納米纖維支架適用于大多數身體組織的工程化。但膠原納米纖維最明顯的缺點是機械性能差。膠原納米纖維的機械性能可以通過交聯或用天然/合成聚合物或無機分子改性來改善。

 

靜電紡膠原納米纖維支架由于其優異的生物相容性而被廣泛用于皮膚組織工程的制備。通常將其他生物材料添加到膠原納米纖維支架中以提高機械性能。 PCL 是一種可生物降解的合成聚合物,由于其優異的機械強度和生物相容性,已廣泛用于靜電紡絲膠原蛋白。

圖2 含有未修飾 n-HA 的膠原溶液(a)3.8 wt%、(b)4.4 wt%、(c)5.0 wt%和(d)使用含有 4.4 wt% L-的膠原溶液電紡的膠原納米纖維支架的微觀圖 谷氨酸接枝n-HA

 

 

因為與天然組織的結構相似,所以靜電紡膠原蛋白也能和天然組織融合形成細胞層。從結構上看,非常適用于受傷皮膚再生重建。由靜電紡絲膠原衍生材料制備材料的三維微觀結構可用于有效刺激組織再生。這些材料的網絡結構有助于促進新組織向其纖維支架的整合和募集,從而加速新組織的生長。在皮膚的傷口處理上,這些材料可制備保持傷口濕潤并防止細菌感染的敷料,而且制造的復合材料能有效減少與外界接觸免受空氣的影響。納米纖維支架的主要功能是提供一個合適的三維環境,讓細胞能夠粘附和增殖。

 

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標題:靜電紡絲膠原蛋白在皮膚組織工程中的應用

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