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    同濟大學湯睿International Journal of Nanomedicine:具有持續抗菌和與組織匹配的

    2020-07-16   易絲幫

    DOI:10.2147/IJN.S248970

    為了改善腹壁缺損的修復效果,人們采用了多種材料和方法來減少網狀物引起的炎癥反應,并對該類網狀物進行了改進以實現與組織匹配的力學性能。本研究通過靜電紡絲、接枝和交聯等方法制備了一種與阿莫西林(AMX)摻雜多壁碳納米管(MWCNTs)集成在一起的聚己內酯(PCL)/絲素蛋白(SF)網,從而開發出可持續的抗菌柔性網。通過物理吸附將AMX負載到中空管狀MWCNTs中,并通過靜電紡絲PCL和SF(40:60 w/w)來構建納米纖維結構。通過用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺/N-羥基琥珀酰亞胺(EDC/NHS)溶液處理將AMX@MWCNTs化學接枝到PCL/SF納米纖維的表面上,以同時進行交聯和涂覆。對AMX摻雜MWCNTs(AMX@MWCNTs)以及AMX@MWCNTs與PCL/SF納米纖維的結合體進行了表征。然后,制備了功能性網并對其抗菌活性、力學性能和宿主反應進行了全面評估。研究結果表明,通過靜電紡絲成功制備了PCL/SF納米纖維結構。通過接枝和交聯與AMX@MWCNT結合后,與PCL/SF網格相比,功能性網格在大腸桿菌體外生長抑制方面表現出未變形的結構、改進的表面親水性和生物相容性界面、腹壁匹配的力學性能和緩釋抗菌特性。在皮下植入的大鼠模型中,功能性網在14天內比PCL/SF網引起的炎癥反應和異物反應更少。組織學分析表明,在此期間,粒細胞和巨噬細胞的浸潤較少,這導致膠原蛋白松散堆積在功能性網格上,膠原蛋白摻入明顯。因此,所設計的PCL/SF-AMX@MWCNT納米纖維網具有抗菌和組織匹配的力學性能,為修復腹壁缺損提供了一種有希望的替代方法。

     

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    圖1.制備PCL/SF-AMX@MWCNTs納米纖維的示意圖。


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    圖2.PCL/SF納米纖維的代表性SEM圖像和相應的直徑分布(A-C),PCL/SF-AMX@MWCNT納米纖維的代表性SEM圖像及其直徑分布(D-F)。PCL/SF網格和PCL/SF-AMX@MWCNT網格的孔徑(G)、孔隙率(H)和水接觸角(I和J)。


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    圖3.AMX@MWCNT顆粒(A和B)的TEM圖像;AMX(C)、PCL/SF和PCL/SF-AMX@MWCNT(D)的FTIR光譜。紅色箭頭指示(B)中的AMX。


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    圖4.納米纖維網的代表性力學性能。PCL/SF網格(E和F)和PCL/SF-AMX@MWCNTs網格(G和H)在50%形變下的應力-應變曲線(A)、抗張強度(B)、斷裂伸長率(C)、楊氏模量(D)和循環拉伸響應曲線。在(C)和(D)中,**P<0.01。


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    圖5.AMX@MWCNTs和PCL/SF-AMX@MWCNTs網格體外釋放AMX 72小時(A)。AMX@MWCNTs(B)和PCL/SF-AMX@MWCNTs(C)的一階動力學方程擬合。孵育24小時后(D),不同濃度的AMX(%)對大腸桿菌生長的細菌抑制作用(D)。AMX在AMX@MWCNT、PCL/SF和PCL/SF-AMX@MWCNT網格中的負載效率(E)。與PCL/SF/AMX網(F)和PCL/SF-AMX@MWCNT網(G)共培養24小時的瓊脂平板對大腸桿菌的生長抑制作用。1#、2#和3#分別表示PCL/SF網格、PCL/SF-AMX網格和PCL/SF-AMX@MWCNT網格。在(A)和(D)中,*P<0.05。


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    圖6.培養1、3和5天后(A),L929細胞的增殖情況;3天后,在蓋玻片、PCL/SF網格和PCL/SF-AMX@MWCNT網格上的細胞形態。FITC鬼筆環肽(綠色)/DAPI(藍色)染色細胞,在蓋玻片和各種網格上培養3天后,細胞的膠原蛋白I(綠色)和DAPI(藍色)染色(C)。在(A)中,*P<0.05和**P<0.01。


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    圖7.PCL/SF網格和PCL/SF-AMX@MWCNT網格皮下植入大鼠7天或14天后的組織學分析(A)。外植體、H&E和Masson圖像中的比例尺分別為2mm、200μm和200μm。在(A)中,**表示網格,黃色箭頭線標記囊的厚度;纖維囊的定量厚度(B);CD11b、CD68和I型膠原蛋白免疫組化染色(C);CD11b、CD68和I型膠原蛋白圖像中的比例尺分別為50μm、50μm和100μm。在(C)中,**表示網格,紅色虛線表示網格與膠原蛋白沉積之間的邊界;染色CD11b(D)和CD68(E)陽性細胞的定量。在(B)以及(D和E)中,*P<0.05。


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