静电纺丝胶原蛋白在皮肤组织工程中的应用

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胶原蛋白是细胞外基质中主要的纤维蛋白，占人体当中的20%-30%，含量丰富。胶原蛋白非常柔韧，可以加工成各种形式用于生物组织工程领域，其在调节细胞功能和为组织器官提供结构支持方面起着重要作用。静电纺丝作为一种简单易用的纤维制备方法，可制备从几微米到几纳米直径的纤维，可纺聚合物多达200多种。胶原蛋白常被作为静电纺丝的溶液，目前静电纺丝可以产生用于各种目的对齐和随机胶原纳米纤维。在组织工程中，纤维排列很重要，因为它会影响机械性能和细胞活性。

 

静电纺丝技术可用于将胶原材料转化为纳米纤维材料，这些材料具有多孔微纳米结构，具有良好的机械性能和优异的生物相容性。 这些纳米纤维在生物医学应用中的潜在用途包括组织工程（例如人造皮肤、人造血管系统、软骨修复等）、药物输送、止血敷料、牙周修复、生物膜和伤口敷料。 下图阐述了静电纺丝胶原蛋白纤维与细胞外基质的类似性与通过改性后的相关应用。

 

图1 静电纺丝胶原蛋白纤维的类细胞外基质结构和改性后的纤维在组织工程中的运用

 

静电纺胶原纳米纤维在几个方面优于其他聚合物纳米纤维。首先，胶原蛋白是体内许多组织的主要 ECM 蛋白。因此，胶原纳米纤维最接近地模仿天然组织的超微结构。其次，胶原蛋白的免疫原性较差。胶原纳米纤维的植入不太可能激活宿主免疫反应。第三，胶原蛋白具有优良的生物相容性。因此胶原纳米纤维支架适用于大多数身体组织的工程化。但胶原纳米纤维最明显的缺点是机械性能差。胶原纳米纤维的机械性能可以通过交联或用天然/合成聚合物或无机分子改性来改善。

 

静电纺胶原纳米纤维支架由于其优异的生物相容性而被广泛用于皮肤组织工程的制备。通常将其他生物材料添加到胶原纳米纤维支架中以提高机械性能。 PCL 是一种可生物降解的合成聚合物，由于其优异的机械强度和生物相容性，已广泛用于静电纺丝胶原蛋白。

图2 含有未修饰 n-HA 的胶原溶液（a）3.8 wt%、（b）4.4 wt%、（c）5.0 wt%和（d）使用含有 4.4 wt% L-的胶原溶液电纺的胶原纳米纤维支架的微观图 谷氨酸接枝n-HA

 

 

因为与天然组织的结构相似，所以静电纺胶原蛋白也能和天然组织融合形成细胞层。从结构上看，非常适用于受伤皮肤再生重建。由静电纺丝胶原衍生材料制备材料的三维微观结构可用于有效刺激组织再生。这些材料的网络结构有助于促进新组织向其纤维支架的整合和募集，从而加速新组织的生长。在皮肤的伤口处理上，这些材料可制备保持伤口湿润并防止细菌感染的敷料，而且制造的复合材料能有效减少与外界接触免受空气的影响。纳米纤维支架的主要功能是提供一个合适的三维环境，让细胞能够粘附和增殖。

 

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