DOI: 10.1021/acsabm.0c00692
本文報道了模擬骨組織礦化膠原纖維的羥基磷灰石（HAp）/海藻酸鈉納米復合纖維支架的結構、力學性能以及體外細胞反應。采用靜電紡絲和原位合成策略制備了仿生“工程化”納米復合材料，并與純海藻酸鈉納米纖維和微米級HAp/海藻酸鈉復合纖維進行了比較。與海藻酸鈉相比，納米復合材料的拉伸強度和彈性模量分別增加了79.3％和158.4％。海藻酸鈉納米纖維上的均勻成核和HAp納米晶的生長通過應力轉移效應提高了其力學性能。與原始海藻酸鈉相比，大鼠顱蓋成骨細胞穩定地附著在納米復合材料表面上，并呈現出更廣泛的延伸。HAp納米相的可控沉積使納米復合材料上的細胞增殖速率比其他復合材料快得多。改善的結構穩定性和成骨細胞相互作用表明納米纖維復合材料支架在骨組織再生方面具有潛在的優勢。
圖1.（a）靜電紡絲單元的圖示，（b）含磷酸根（PO43-）離子的海藻酸鈉電紡納米纖維的SEM顯微照片，（c，d）通過提供鈣（Ca2+）和氫氧根離子（OH-）原位合成海藻酸鈣和HAp納米相，（e）海藻酸鈣“蛋盒”模型的化學結構以及HAp成核的前體離子（頂部）和含HAp納米相的礦化“蛋盒”結構（底部）。
圖2.（a）Ref-海藻酸鈉，（b）H-海藻酸鈉-2和（c）Mech-H-海藻酸鈉-2支架的SEM顯微照片，（d）Ref-海藻酸鈉和H-海藻酸鈉-2支架的XRD圖，（e）Ref-海藻酸鈉和H-海藻酸鈉-2支架的FT-IR光譜以及（f）Ref-海藻酸鈉、H-海藻酸鈉-2、H-海藻酸鈉-3和Mech-H-海藻酸鈉-2支架的TGA圖譜。（b）在放大的顯微照片中顯示了海藻酸鈉納米纖維上仿生原位合成的HAp納米晶體涂層。
圖3.（a）Ref-海藻酸鈉，（b）H-海藻酸鈉-1，（c）H-海藻酸鈉-2，（d）Mech-H-海藻酸鈉-2支架的拉伸應力-應變曲線。（e）每種支架的代表性拉伸應力-應變曲線。如箭頭所示，放大了（e）中早期的應力-應變曲線。
圖4.RCO細胞在（a）Ref-海藻酸鈉上培養3天，（b）在H-海藻酸鈉-2上培養3天和（c）在H-海藻酸鈉-2上培養7天的SEM顯微照片。（c）中的插圖顯微照片顯示在細胞接種后第7天，成骨細胞與表面的獨特附著、擴散和絲狀偽足連接。
圖5.（a）在Ref-海藻酸鈉上培養1天，在Ref-海藻酸鈉上培養7天，在H-海藻酸鈉-2上培養1天，在H-海藻酸鈉-2上培養7天的RCO細胞的免疫熒光圖像，（b）在海藻酸鈉膜、Ref-海藻酸鈉、H-海藻酸鈉-1、H-海藻酸鈉-2、Mech-H-海藻酸鈉-2上培養7天的RCO細胞的MTS分析和（c）細胞計數測定。肌動蛋白絲用鬼筆環肽標記為紅色（左），核用DAPI標記為藍色（中），并且兩個熒光圖像合并（右）。每種支架取3份樣本，并使用單向方差分析（p<0.05）每天對樣品進行統計分析。在Zeiss Axioplan 2顯微鏡上觀察DAPI染色的細胞，并使用ImageJ軟件對每種支架的六個圖像進行計數。
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