冷等離子體固定化骨形態發生蛋白-2增強羧甲基殼聚糖基納米纖維的成骨誘導

DOI：10.1016/j.carbpol.2019.115681

采用氦冷等離子體（CAP）電紡聚己內酯/羧甲基殼聚糖（PCL/CMC）納米纖維，植入骨形態發生蛋白-2（BMP-2）作為干細胞向成骨細胞分化的支架材料。體外培養人骨髓間充質干細胞（hMSCs），通過光學顯微鏡、MTT法和掃描電鏡觀察其行為。采用鈣含量、堿性磷酸酶測定、茜素紅和免疫熒光（ICC）染色、RT-PCR等方法評價人骨髓間充質干細胞的成骨分化。結果表明，支架材料不僅可以支持人骨髓間充質干細胞的增殖，而且可以促進其向成骨細胞的分化，而無需使用任何外源性成骨分化劑。RT-PCR和ICC結果顯示CAP處理和BMP-2功能化對人骨髓間充質干細胞的成骨有協同促進作用。這些制備的支架可以作為骨組織工程應用的候選材料。

圖1.（a）孵育3天后，植入支架（0.5×0.5 cm²）的人間充質干細胞（10⁴ 個細胞）的光學顯微圖像。圖像的放大倍數為100。S顯示支架。（b）孵育1天后，支架上細胞的SEM圖像。（c）用MTT法測定細胞在支架上孵育21天的存活率（n=3）。組織培養板用作對照。（d）植入人間充質干細胞的支架在培養21天內的鈣含量（n=3）。具有外部成骨分化劑（L-抗壞血酸，10mM，地塞米松，1mM）的組織培養板用作對照。**p≤0.01。

圖2. CAP處理前后不同時間的PCL / CMC10％和PCL / CMC15％支架的SEM圖像。

圖3.（a）孵育3天后，用CAP處理90秒鐘后，植入支架（0.5×0.5 cm²）的人間充質干細胞（10⁴個細胞）的光學顯微圖像。圖像的放大倍數為100。S顯示支架。（b）孵育7天后，支架上細胞的SEM圖像。（c）用MTT法測定細胞在支架上孵育21天的存活率（n=3）。（d）植入人間充質干細胞的支架在孵育21天內的鈣含量（n=3）。**p≤0.01和***p≤0.001。

圖4. BMP-2固定后，PCL / CMC15％+ P支架的SEM圖像。

圖5.（a）孵育3天后，植入PCL / CMC15％+ BMP-2支架（0.5×0.5 cm²）的人間充質干細胞（10⁴個細胞）的光學顯微圖像。圖像的放大倍數為100。S顯示支架。（b）孵育1天后，PCL / CMC15％+ BMP-2支架上細胞的SEM圖像。（c）在孵育21天后，通過茜素紅染色顯現的，人間充質干細胞植入的PCL / CMC15％+ BMP-2支架的礦化。圖像的放大倍數為200。（c）用MTT法測定細胞在支架上孵育21天的存活率（n=3）。（d）植入人間充質干細胞的支架在孵育21天內的鈣含量（n=3）。***p≤0.001。

圖6.（a）孵育21天后，支架（0.5×0.5 cm²）上骨分化細胞（每個支架10⁴個細胞）的ALP活性（n=3）。**p≤0.01和***p≤0.001。（b）孵育21天后，RT-PCR結果顯示支架上骨分化細胞的RUNX2、SOX9、ALP和骨結合蛋白的表達。記錄β2M的表達作為對照基因。PCL / CMC15％+ S是具有外部成骨分化劑（10 mM L-抗壞血酸和1 mM地塞米松）的PCL / CMC15％。（c）孵育21天后，ICC結果顯示了支架上骨分化細胞的骨連接蛋白表達。比例尺為20 μm。

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