DOI: 10.1002/jcp.30095
聚偏二氟乙烯（PVDF）具有良好的生物相容性、壓電特性以及易于制備等優點，被廣泛應用于包括干細胞工程在內的許多生物醫學領域。然而，人類胚胎干細胞（hESCs）的長期培養及其在PVDF上向心肌譜系分化的研究尚未見報道。在本文中，通過靜電紡絲法制備了PVDF納米級膜支架。將玻連蛋白衍生肽-貽貝粘附蛋白融合物（VNm）固定在支架上。在VNm涂覆PVDF支架（VNm-PVDF支架）上培養的hESCs可穩定擴增10代以上，同時保持多潛能標記物的表達和基因組的完整性。在心肌分化條件下，與僅在基質膠和VNm上培養的基因相比，在VNm-PVDF支架上的hESCs產生了更多自發跳動的菌落，并顯示出心肌相關基因的上調。因此，VNm-PVDF支架適用于hESCs的長期培養及其向心肌細胞的分化，從而擴大了該支架在再生醫學中的應用。
圖1.聚偏二氟乙烯（PVDF）納米支架的表征。（a，b）PVDF膜中纖維的代表性掃描電子顯微鏡圖像，比例尺=10μm。（c）PVDF纖維直徑的分布。
圖2.hESCs在不同基質和VNm-PVDF支架上的附著和生長。（a-d）AP染色的低倍率代表性圖像。（e-h）AP陽性染色菌落的代表性高倍圖像。（i-l）在不同基質上生長的菌落的明場圖像。請注意，菌落由虛線勾畫出，因為在相襯顯微鏡下看不到VNm-PVDF支架上的細胞。比例尺=200μm。AP，堿性磷酸酶；hESC，人類胚胎干細胞；PVDF，聚偏二氟乙烯；VNm，玻連蛋白衍生肽-貽貝粘附蛋白融合物。
圖3.在VNm-PVDF支架上長期培養hESCs的多能性標記物表達和擴增的穩定維持。（a）10代后，AP和多能性標記基因（OCT4和SOX2）表達明顯，比例尺=200μm。（b）hESCs在VNm-PVDF支架上的增殖速率與在傳統基質上增殖10代以上的細胞相當。2D，二維；AP，堿性磷酸酶；DAPI，4?，6-二氨基-2-苯基吲哚；hESC，人類胚胎干細胞；PVDF，聚偏二氟乙烯；VNm，玻連蛋白衍生肽-貽貝粘附蛋白融合物。
圖4.長時間培養后，在VNm-PVDF支架上生長的hESCs中多能性標記基因的高表達。（a）多能性標記基因在不同基質上表達的FACS分析。（b）定量基因表達分析顯示，在VNm-PVDF支架上的hESCs中，多能性基因的表達與在基質膠上的表達相當。2D，二維；FACS，熒光激活細胞分類；hESC，人類胚胎干細胞；mRNA，信使RNA；ns，不顯著；PVDF，聚偏二氟乙烯；VNm，玻連蛋白衍生肽-貽貝粘附蛋白融合物。
圖5.hESCs在具有不同厚度和纖維直徑的VNm-PVDF支架上的生長情況。（a）在不同VNm-PVDF支架上生長的hESCs的形態和AP免疫反應性。比例尺=100μm。（b）hESCs在不同VNm-PVDF支架上生長10代的正常核型。2D，二維；AP，堿性磷酸酶；hESC，人類胚胎干細胞；PVDF，聚偏二氟乙烯；VNm，玻連蛋白衍生肽-貽貝粘附蛋白融合物。
圖6.hESCs在VNm-PVDF支架上的心肌分化增強。（a）在心肌分化條件下培養的hESCs菌落的形態。比例尺=100μm。（b）不同基質上自發跳動菌落的定量；*p<.05；**p<0.01。Kruskal-Wallis單向方差分析，對于MG以及A型和B型組，n=6；對于VNm組，n=3。（c）心臟標記基因的定量基因表達分析；*p<.05，**p<.01。Kruskal-Wallis單向方差分析，對于MG以及A型和B型組，n=6；對于VNm組，n=3。（d）在B型支架上自發跳動的菌落中細胞的超微結構。“z”表示肌節樣結構中的z盤，白色箭頭表示間隙連接。ACTN2，肌動蛋白α2；ANOVA，方差分析；ES，胚胎干細胞；GATA4，GATA結合蛋白4；hESC，人類胚胎干細胞；MG，基質膠；MYOD，成肌分化1；ns，不顯著；PVDF，聚偏二氟乙烯；TNNT2：肌鈣蛋白T2，心肌型；TTN：肌聯蛋白；VNm，玻連蛋白衍生肽-貽貝粘附蛋白融合物。
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