DOI:10.1021/acsbiomaterials.9b01682
心臟組織工程在再生功能性心臟組織方面有著廣泛的應用前景。其主要策略是設計可重現天然心臟微環境的支架，以增強細胞和組織功能。在各種生物材料體系中，具有定向形態和增強導電性的納米纖維基質傾向于誘導具有增強功能的定向工程化心臟組織的形成。目前的挑戰是在不影響支架生物相容性的情況下，利用導電添加劑使支架功能化。在本研究中，研究者開發了一種全水性的工藝來制備導電碳納米管/絲素蛋白（CNT/絲素）電紡支架。碳納米管在納米纖維中分布良好，為培養新生大鼠心肌細胞提供了導電性增強、生物相容性良好的支架，從而促進了心肌細胞的擴散和心肌特異性蛋白的表達。此外，定向碳納米管/絲素蛋白復合支架具有引導心臟組織定向組織以及肌節和縫隙連接的仿生分布的能力。實驗結果表明，通過這種水性加工方法制備的碳納米管/絲素支架在支持功能增強的心肌組織形成方面具有巨大的潛力。
圖1.CNT/絲素電紡支架的無溶劑制備示意圖。（A）通過將CNTs添加到GA溶液中然后超聲處理來制備CNT水分散體，然后將其以不同的體積比與絲素/PEO溶液混合來制備具有不同CNTs含量的CNT/絲素電紡支架。（B）照片顯示，分散在水中的CNTs在2小時內快速消退，而分散在GA溶液中的CNTs在30天后保持穩定。（C）GA溶液中2.5％（w/v）CNT分散液的TEM圖像顯示了分散良好的單個納米管。（D）靜電紡絲前溶液的照片。（E）初紡和后處理的CNT/絲素電紡支架的照片顯示，隨著CNT含量的增加，材料顏色會加深。
圖2.CNT/絲素支架的形態。（A）關于絲素和CNT/絲素支架的表面形態的SEM圖像。（B）絲素和CNT /絲素支架的纖維直徑。（C）隨機和定向支架的納米纖維排列。
圖3.CNT/絲素支架上的表征。（A）在CNT/絲素納米纖維（CNT/silk2）上的TEM圖像。箭頭表示納米纖維中嵌入的CNTs。（B）CNT/絲素支架的典型拉伸曲線。（C）根據拉伸曲線計算的CNT/絲素支架的楊氏模量、（D）拉伸強度和（E）斷裂伸長率。（F）CNT/絲素支架的FTIR光譜。（G）浸入Milli-Q水中的CNT/絲素支架的電導率。（H）水接觸角的照片和（I）定量結果顯示了CNT/絲素支架的親水-疏水特性。
圖4.心肌細胞的細胞活力。（A）第7天，在支架上培養的心肌細胞的活/死染色圖像。（B）從第7天的活/死染色圖像計算出的定量細胞活力。
圖5.心肌細胞的F-肌動蛋白染色和序列分析。（A）第7天的F-肌動蛋白染色圖像和細胞核排列。（B）細胞核定量長寬比和（C）聯配值。
圖6.在碳納米管/絲支架上培養心肌組織的肌節形成。免疫熒光圖像共同染色α-肌動蛋白和cTnI顯示心肌細胞在（A）隨機和（B）定向支架上形成肌節結構。（C，D）定量結果顯示每個細胞的（C）α-肌動蛋白和（D）cTnI的表達面積。
圖7.在CNT/絲素支架上培養的心臟組織的縫隙連接形成。（A，B）Cx-43的免疫熒光圖像顯示在（A）隨機和（B）定向組中形成縫隙連接。（C）每個細胞Cx-43表達區域的定量結果。
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