在组成/结构上具备异质性特征的生物材料能够更灵活地定制局部特性,从而提供更为丰富的生物学功能,在医学领域的需求越来越大。受控的异质性(如梯度)是生物系统中的普遍特征,其中包括分子类型或浓度的空间变化与形态结构的空间变化,例如孔径和孔隙率。然而,目前能够集成组分和微结构梯度特征的生物材料制造技术仍然十分缺乏。
近期,华东理工刘昌胜院士/屈雪教授团队报道了一种电分选技术,利用壳聚糖与明胶分子的pH依赖的带电特性诱导二者在电场作用下的差异化电泳和自组装行为(即,在低pH条件下,壳聚糖与明胶分子均带正电,同时向阴极电泳;中间pH条件,明胶发生电荷反转,与带正电的壳聚糖发生静电相互作用;高pH条件,壳聚糖脱质子化自组装,而带负电的明胶分子被阴极排斥远离电极),实现明胶/壳聚糖均相混合物的组成分选,从而构建具有成分梯度(即,从壳聚糖的富集层到明胶的富集层)和可调节的致密/多孔梯度结构(孔隙率、孔径以及致密层与多孔层的比率)的Janus薄膜,其在引导骨再生的应用中展示出多重功能:包括柔韧的机械性能,各向异性的界面润湿性、传质(定向生长因子释放)和差异化细胞调控(防止成纤维细胞浸润,促进成骨细胞生长和分化)等。总的来说,这项工作展示了电组装在梯度化功能生物材料定制方面的巨大潜力。具体成果以 “Electro-Sorting Create Heterogeneity: Constructing A Multifunctional Janus Film with Integrated Compositional and Microstructural Gradients for Guided Bone Regeneration”发表在《Advanced Science》上。
【材料设计思路、制备及应用】
图5. Janus Chit/Gelatin薄膜的纤维细胞屏障功能以及分别具有Janus结构和致密结构的Chit/Gelatin薄膜负载骨形态发生蛋白(BMP-2)后的大鼠颅骨缺损模型中引导骨再生的评价。(a) 实验方法,其中细胞冠插入物用交联膜(致密面朝上或多孔面朝上)密封并放置在孔板上以隔离上部和下部体积以评估各向异性细胞引导。(b) 3D 荧光图像显示Janus膜的致密层可以屏障L929成纤维细胞。(c) 术后8周拍摄的治疗后颅骨缺损的显微 CT 成像;(d) 8周修复期后不同组中新形成骨的Van Gieson染色结果与矿化的荧光标记组织结果(红色,4-6 周;绿色,6-8 周)。
原文链接:https://doi.org/10.1002/advs.202307606
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