電紡聚（3-羥基丁酸-co-3-羥基己酸鹽）/絲素膜是一種有前途的骨組織工程支架

DOI：10.1016/j.ijbiomac.2019.12.149

聚羥基鏈烷酸酯（PHAs）是微生物在不平衡的生長條件下作為碳存儲化合物生產的可生物降解的聚酯。PHAs由各種單體組成，例如3-羥基丁酸酯（3HB）和3-羥基己酸酯（3HHx）。蠶絲蛋白（SF）來源于家蠶蠶繭，是一種被廣泛研究的蛋白質聚合物，通常用于生物材料的應用。在這項研究中，通過靜電紡絲技術制備了包含3HB和3HHx[P（3HB-co-3HHx）]、SF及其共混物的非織造電紡膜。使用不同類型的人造電紡膜研究了人臍帶間充質干細胞（hUC-MSCs）的生長和成骨分化。分化研究表明，靜電紡絲P（3HB-co-3HHx）/SF膜支持hUC-MSCs分化為成骨細胞系，經茜素紅染色、能量色散X射線（EDX）和定量實時PCR分析（qPCR）等組織學分析證實。成骨誘導21天后，靜電紡P（3HB-co-3HHx）/SF膜成骨標志基因堿性磷酸酶（ALP）和骨鈣素（OCN）表達分別上調1.6倍和2.8倍。綜上所述，通過P（3HB-co-3HHx）和SF的混合可以增強hUC-MSCs的增殖和成骨分化。這項研究的結果表明，靜電紡P（3HB-co-3HHx）/SF膜是一種有前途的骨組織工程生物材料。

圖1：本研究中制備的電紡膜的SEM圖像和直徑分布。（A）P（3HB-co-3HHx）（B）P（3HB-co-3HHx）/SF（3：1）（C）P（3HB-co-3HHx）/SF（1：1）（D）P（3HB-co-3HHx）/SF（1：3）（E）SF。（放大倍率：6000×；比例尺：20μm）

圖2：靜電紡薄膜的FT-IR光譜。（A）P（3HB-co-3HHx）（B）P（3HB-co-3HHx）/SF（3：1）（C）P（3HB-co-3HHx）/SF（1：1）（D）P（3HB-co-3HHx）/SF（1：3）（E）SF

圖3：靜電紡SF膜與水接觸時的物理外觀和SEM圖像。（A）將水滴置于靜電紡SF膜表面上。（B）水滴蒸發后的電紡膜的SEM圖像。（放大倍率：1000×；比例尺：20μm）

圖4：靜電紡SF膜的FT-IR光譜。（A）在乙醇處理之前和（B）在乙醇處理之后

圖5：接種在靜電紡P（3HB-co-3HHx）、P（3HB-co-3HHx）/SF和SF膜上的hUC-MSCs的細胞活力。由陽性對照（TCPS）計算的細胞活力被認為是100％。報告的結果是三次重復的九個測量值的平均值，而誤差條表示其標準偏差。每個時間點帶有不同字母的均值數據代表顯著差異。（Tukey檢驗，p<0.05）

圖6：在靜電紡P（3HB-co-3HHx）、P（3HB-co-3HHx）/SF和SF膜上培養的蘇木精染色的hUC-MSCs的代表性圖像。（放大倍率：100×；比例尺：300μm）

圖7：在電紡膜上培養hUC-MSCs 14天后的電紡膜的SEM顯微照片。（A）P（3HB-co-3HHx）（B）P（3HB-co-3HHx）/SF（3：1）（C）P（3HB-co-3HHx）/SF（1：1）（D）P（3HB-co-3HHx）/SF（1：3）和（E）SF。箭頭表示在電紡膜上均勻分布的hUC-MSCs細胞層。（放大倍率：500×；比例尺：300μm）

圖8：靜電紡P（3HB-co-3hx）、P（3HB-co-3hx）/SF和SF膜的物理外觀，這些膜接種了hUC-MSCs，并在成骨分化培養基中培養21天后用茜素紅染色。最后一行顯示沒有細胞的電紡薄膜（空白）。

圖9：第21天用茜素紅對hUC-MSCs進行成骨分化的組織學分析。（放大倍率：400×；比例尺：60μm）（A1-A4）在成骨培養基（B1-B4）中培養的hUC-MSCs。在DMEM（C1-C3）電紡膜中培養的hUC-MSCs，無細胞接種。茜素紅是特異性結合鈣沉積并將礦化基質著色為紅色的染料。

圖10：電紡P（3HB-co-3hx）、P（3HBco-3hx）/SF（1:3）和SF薄膜上（A1，B1，C1）成骨分化培養基和（A2，B2，C2）DMEM的hUC-MSCs生長的掃描電鏡照片。

箭頭指示在成骨分化的hUC-MSCs上的磷酸鈣礦物質沉積。（放大倍率：1500×；比例尺：100μm）

圖11：電紡P（3HB-co-3HX）、P（3HB-co-3HX）/SF（1:3）和SF薄膜上（A1、B1、C1）成骨分化培養基（放大倍率：10000×；比例尺：7μm）和（A2、B2、C2）DMEM（放大倍率：1500×；比例尺：40μm）的hUC-MSCs生長的能量色散X射線光譜（EDX）圖。在成骨分化培養基中培養的hUC-MSCs細胞外基質中檢測到鈣和磷。

圖12：在成骨過程中（A）堿性磷酸酶（ALP）和（B）骨鈣素（OCN）基因表達水平的qPCR分析。將結果歸一化為GAPDH，并顯示第21天電紡膜上培養的hUC-MSCs相對于TCPS的倍數變化（*p <0.05 相對于 TCPS）。