DOI: 10.1016/j.msec.2021.111867
3D支架是組織工程應用的關注焦點。雖然許多研究都集中在支架的生物學特性上，但如何滿足靶組織的生物力學需求卻一直沒有引起足夠的重視。在這項工作中，研究者展示了如何使用相同的原始生物材料、不同的制備技術造就不同的結構、力學和生物學特性。以絲素蛋白纖維為基礎生物材料，采用靜電紡絲、薄膜澆鑄和緯編作為不同的支架制備技術。在這三者中，緯編針織支架表現出出色的細胞支架相互作用，包括完整的3D細胞附著、單根纖維周圍的完整細胞覆蓋以及深入的細胞浸潤。蠶絲線的后脫膠處理使絲素針織支架的體積增大，開孔減少。編織支架脫膠后孔徑的減小緩解了預先填充孔的必要性（在具有大孔的典型編織支架中增加細胞粘附的必要條件）。從力學角度來看，緯編針織支架顯示出最高的力學強度以及較好的延展性。有趣的是，蠶絲緯編針織支架的柔性分別比絲素蛋白膜和靜電紡絲網高100倍和1000倍。觀察到的材料類型和制備技術的效果突出了絲素蛋白緯編針織支架對于膀胱等負重軟組織再生的適用性。
圖1.絲素蛋白基支架的不同制備技術概述。（a）靜電紡絲，（b）薄膜澆鑄和（c）緯編的示意圖：a）絲素蛋白電紡網是通過靜電紡絲絲素溶液制成的。用乙醇處理纖維網以使其不溶于水。b）將絲素蛋白薄膜澆鑄在培養皿中，干燥，然后用乙醇處理使其不溶于水；c）為了制備絲素蛋白緯編針織支架，將原始蠶絲線喂入單面針織圓緯機中。然后對編織支架進行脫膠處理并使用。
圖2.使用A）FTIR和B）XRD技術對SF纖維和乙醇處理的支架（SF電紡、SF薄膜和SF緯編針織支架）進行全面比較。
圖3.A）培養1天和7天后，接種在SF電紡網、薄膜和編織支架上的成纖維細胞的SEM形態學圖像。B）與組織培養聚苯乙烯（TCP）相比，培養1天、4天和7天后，接種到這些支架上的3T3成纖維細胞的代謝活性。C）三種支架的總孔隙率和平均孔徑之間的比較；D）共聚焦圖像顯示培養2周后細胞在三種支架上的分布情況，SF膜、SF納米纖維網和SF編織支架的不同浸潤深度分別為2μm、26μm和75μm。藍色表示用DAPI染色的成纖維細胞的細胞核，綠色表示用鬼筆環肽染色的成纖維細胞的細胞骨架。
圖4.細胞與緯編支架的相互作用。A-H）培養2、4和6周后細胞接種緯編針織支架的SEM圖像代表單根纖維之間以及大孔上的細胞覆蓋率增加。細胞填充在支架的兩個區域中，即在單根纖維之間以及環中間和環與環之間的孔中。I-N）細胞接種編織支架的共聚焦顯微鏡圖像顯示SF纖維間的細胞3D分布（I-L）以及細胞間相互作用使無底物的細胞層覆蓋支架的大孔（M，N）。L，M表示細胞的全層浸潤（>200μm）。藍色代表DAPI染色的細胞核，綠色代表鬼筆環肽染色的成纖維細胞的細胞骨架。請注意，SF纖維顯示自發熒光。
圖5.三種支架類型的斷裂力學測試。A）單軸斷裂測試圖，比較了SF電紡網、SF薄膜和SF編織支架的拉伸強度和斷裂伸長率（縱行方向和橫行方向）。B）比較三種支架類型的多方向強度和斷裂伸長率的鋼球破裂斷裂圖。C）由單軸和鋼球破裂試驗得出的支架平均極限應力和應變。D）三種支架類型的力學性能比較（星號表示p<0.05時具有統計學顯著差異）。
圖6.單軸拉伸測試結果。A）SF支架與人和豬膀胱的極限應變和楊氏模量比較。B）比較支架和新鮮豬膀胱的應力-應變曲線和E模量。
圖7.支架的循環單軸加載-卸載。A）SF編織支架（在橫行和縱行方向上分別達到100％和50％應變），SF靜電紡絲支架（高達25％應變）和SF薄膜支架（高達45％應變）的單軸循環加載-卸載。B）支架的磁滯回線面積的比較和C）應變為10％和20％時支架的磁滯回線面積的定量比較。
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