DOI: 10.1002/adhm.201901228
目前正在探索通過靜電紡絲制備纖維支架來修復致密結締組織內的損傷。然而，對于最能支持組織修復的適合的支架特性，仍有許多需要理解的地方。本文研究了電紡纖維的剛度對細胞侵入纖維支架的影響。具體來說，柔軟和堅硬的電紡纖維網絡是由交聯甲基丙烯酸透明質酸（MeHA）制成的，其中剛度是通過MeHA的交聯程度而改變的。研究了半月板纖維軟骨細胞（MFC）對纖維網絡的粘附和遷移，其中較軟的MeHA纖維網絡很容易通過細胞牽引變形和致密化，而較硬的MeHA纖維網絡在與半月板組織相鄰的幾周內支持約50%的MFC入侵。當支架夾在半月板組織之間并皮下植入時，與較軟的MeHA纖維網絡相比，較硬的MeHA纖維網絡在4周后再次支持增強的細胞入侵和更大的膠原蛋白沉積。這些結果表明，纖維網絡的力學和變形性可能改變細胞的相互作用和入侵，為組織修復支架的工程提供了重要的設計參數。
圖1.軟、硬纖維網絡材料設計概述。a）用甲基丙烯酸酯對透明質酸（HA）上的羥基進行改性，在不同的改性程度下（軟：約30%，硬：約97%）形成MeHA。b）采用Michael型加成反應使RGD（黃色）和FITC（綠色）肽與MeHA結合。懸浮和水合電紡纖維的代表性最大投影圖像和c）軟、d）硬纖維網絡的纖維組成示意圖。比例尺為20μm。虛線表示甲基丙烯酸自由基聚合生成的動力學鏈。
圖2.半月板纖維軟骨（MFC）在軟、硬纖維網絡薄層上的行為。a）從i）頂部或ii）側面觀察的PDMS網眼包含懸浮的薄纖維網的示意圖。將MFCs接種在PDMS網眼的頂部。b）在軟、硬纖維網絡（綠色）上培養1或24 h的MFCs的最大投影圖像。標記細胞的細胞核（藍色）和F-肌動蛋白（紅色），并繪制每個細胞周圍的輪廓（白色）。比例尺為20μm。c）歸一化纖維強度（纖維密度）在細胞區域和d）MFC擴散區域的定量。軟，1小時：n=24；硬，1小時：n=19；軟，24小時：n=23；硬，24小時：n=13個細胞。雙向方差分析與Tukey事后測試。*** p＜0.001。
圖3.MFC在軟、硬纖維網絡的厚層上的行為。a）從i）頂部或ii）側面觀察的PDMS網眼包含懸浮的厚纖維網的示意圖。將MFCs接種在PDMS網眼的頂部。b）溶脹24h后水合纖維網厚度的定量。NS：無顯著性。代表性的c）在軟、硬纖維網絡（綠色）上培養1或24小時的MFCs的3D重建圖像和d）橫截面圖像。染色細胞核（藍色）和F-肌動蛋白（紅色）。比例尺為c）10μm和d）20μm。面板（d）中的白色箭頭和虛線分別表示MFCs的大概位置和纖維網絡的頂部表面。e）量化纖維網絡中MFCs的百分比。n=4個網眼。未配對t檢驗或雙向方差分析與Tukey事后測試。***p＜0.001。
圖4.細胞遷移室，用于研究MFC遷移到厚纖維網絡中。a-c）a）切片半月板組織，b）夾著組織切片的細胞遷移腔的示意圖，以及c）組裝好的遷移腔的橫截面圖。面板（c）中的紅色虛線框指示圖像在面板（d）中的獲取位置。d）夾在軟、硬纖維網絡之間的冷凍切片組織的代表性圖像（綠色）。在第1、6和12天固定細胞，并對細胞核（藍色）和F-肌動蛋白（紅色）染色。比例尺為50μm。
圖5.使用細胞遷移室對MFC遷移至厚纖維網絡的過程進行定量。a）夾在軟、硬纖維網絡之間的冷凍切片組織中的核（白色）代表圖像。MFCs在第1、6和12天固定。白線表示i）組織與纖維網絡之間的界面，以及距離界面ii）50或iii）100μm。比例尺為50μm。b）按組織-纖維界面的長度對遷移到纖維網絡的細胞數目進行量化。n=5個組織構建體。雙向方差分析與Tukey事后測試。NS：不顯著性，*p＜0.05，***p＜0.001。c）量化不同日期細胞遷移到纖維網絡的距離（以三組的百分比（0-50、50-100、＞100μm）報告）。n=5個組織構建體。
圖6.纖維網絡作為半月板修復支架的應用。a）植入包含軟、硬纖維支架的半月板組織構造的示意圖。將經活檢穿孔器同心切割的支架插入半月板組織的橫切區域。縫合后，將組織構建體皮下植入無胸腺大鼠中。b）植入4周后，纖維支架（FITC，綠色），細胞核（白色）和I型和II型膠原蛋白（深棕色）的代表性圖像。比例尺為100μm。在4周時，對纖維支架中的歸一化c）細胞密度、d）I型膠原染色強度和e）II型膠原染色強度的量化。n=6個組織構建體。未配對的t檢驗。* p＜0.05，*** p＜0.001。
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