DOI: 10.1002/adfm.202008906
理想的引導骨再生膜（GBRM）不僅可以發揮屏障功能，而且還具有增強成骨能力和抵抗細菌感染的作用。然而，當前可用的膜的生物活性有限。為了應對這一挑戰，本研究采用連續分步靜電紡絲法設計并制備了一種Janus GBRM（JGM）。將羥基磷灰石（HAP）負載隨機明膠纖維設計為內表面，以促進成骨細胞的粘附、增殖和成骨分化，同時將P（DMC-AMA）負載定向聚己內酯（PCL）納米纖維作為外層以抵抗上皮細胞入侵和細菌感染。體外試驗表明，內表面具有增強的成骨作用，同時外表面可調節上皮細胞沿排列方向擴散并殺死接觸的細菌。有趣的是，外表面可誘導巨噬細胞向M2表型極化，從而調控良好的骨免疫環境。上述結果表明，JGM同時滿足屏障、成骨、抗菌和骨免疫調節功能的關鍵要求。與商用生物引導膜相比，JGM具有更好的體內骨組織再生性能。這項工作為設計多功能膜/支架提供了一個新的平臺，在組織工程領域顯示出巨大的應用潛力。
圖1.膜的表征。A）連續分步靜電紡絲工藝示意圖；B）JGM內表面的SEM圖像；C）含HAP的GEL納米纖維的TEM圖像；D）JGM外表面的SEM圖像；E）外表面的WCA；F）膜的吸水率；G）膜的應力-應變曲線。
圖2.膜外表面的細胞行為研究。A）接種于JGM和JGMC上的L929細胞在450nm處的CCK8試液吸光度（插圖是CCK-8測試后的膜照片，TCP是未處理的對照組）；B）接種于JGM和JGM-R上的L929細胞在450nm處的CCK8試液吸光度；C）在JGM上培養5天的L929細胞的CLSM圖像；D）在JGM上培養3天的L929細胞的SEM圖像（細胞以黃色突出顯示）；E）在JGM上培養5天的L929細胞的SEM圖像；F）在JGM-R上培養3天的L929細胞的SEM圖像（紅色圓圈標記了生長到納米纖維內的細胞）；G）在JGM外表面上培養1天、4天和7天的L929細胞的3D熒光圖像。
圖3.膜的直接成骨功能表征。A）培養在膜內表面的MC3T3-E1細胞在450nm處的CCK8試液吸光度；B）接種在JGM內表面的MC3T3-E1細胞的SEM圖像；C）培養在內表面的MC3T3-E1細胞的定量ALP活性；D）通過ELISA檢測到的OCN蛋白表達；E）培養在內表面的MC3T3-E1細胞的茜素紅染色（ARS）；F）在JGM內表面上培養1天、4天和7天的MC3T3-E1細胞的3D熒光圖像。
圖4.抗菌功能評估。A）瓊脂平板的照片和相應的細菌生存力分析；B）培養12小時后，JGM外表面上的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的熒光顯微鏡圖像（綠色表示活細菌，紅色表示死細菌）；C）JGM的抗菌機制示意圖。
圖5.骨免疫調節功能評估。A）示意圖；B）通過RT-PCR檢測到的巨噬細胞的基因表達；C）通過RT-PCR檢測在條件培養基中培養的hBMSCs的基因表達。
圖6.體內骨修復評估。A）操作示意圖；B）骨骼的顯微CT圖像；C）根據顯微CT圖像分析骨體積分數；D）根據顯微CT圖像分析骨小梁厚度；E）根據顯微CT分析骨小梁分離。
圖7.8周時顱骨缺損的組織學分析。A）H＆E染色圖像；B）Masson三色染色圖像（HB，宿主骨；IB，未成熟骨；NB，新骨；C，結締組織）。體內生物相容性評估：C）大鼠皮下植入示意圖；D）8周后的H＆E染色切片；E）骨愈合機制示意圖。
微信二維碼
