静电纺丝制备法-3D纳米纤维球

以纳米纤维研究的日本国立福井大学藤田准教授的研究室使用我司的静电纺丝设备成功创建了模仿囊肿立体结构的“纳米纤维球”。

模仿囊肿立体构造的纳米纤维球

<开头>

囊肿是一种多细胞结构，多为内部具有液体和半固体物质的球形蓑衣。通常自然治愈，无害，但有时也会变成恶性肿瘤。

因为即使能够制作3D细胞凝聚体也不能形成像细胞一样的空心构造而导致很难弄清楚囊肿的细胞行为。

在这项研究中，受控的纳米结构为空心纳米纤维球。
通过静电纺丝（ES）制作了名为“纳米纤维球”的模型囊肿。

藻朊酸水凝胶是由具有良好生物相容性和生解性的褐藻类而获得的天然亲水性,并具有阴离子性多糖类，因此在生物医学领域被广泛调查。

由于二价阳离子的存在，藻朊酸盐容易凝胶化,而交联的藻朊酸通过乙烯二胺四酸（EDA）形成并且容易溶解。
矩阵纤维选择了生物相容性和柔软性的聚酯Po（3-羟基丁二烯-o-3-羟基六烯醇）（PHBH）,使用ES模仿细胞外矩阵（ECM）并制作了具有特定地形的纳米纤维。

<材料>

PHBH(3HH＝10.6mol%)

海藻酸钠（500cps）

氯仿（CHCl3）

氯化钙（CaCl2）

EDTA
 

<纳米纤维球的制作方法>

首先将5w/v%的藻朊酸钠断断续续滴到1w/v%CaCl2中,并制作海藻酸水杨酸。接着在银酸珠上穿过铝线,沿着静电纺丝收集器的旋转轴设置后进行纺丝。

密度和方向由收集器的旋转时间和旋转速度控制。

每10分钟6次用10mM EDIA溶液将ES后钙离子凝胶化的藻朊酸水凝胶洗净,并将它放置在EDA溶液中一夜，使钙离子发生氧化。清洗后用于细胞培养。

・装置:NANON
・电压:29kV
・溶液:15w/v%PHBH-CHCl3

・溶液推进量: 0.1ml/h
・喷头与收集器之间距离:100mm

・最内层 纺制时间45分钟，旋转速度100rpm（随机纤维）

・中间层 纺制时间25分钟、旋转速度500rpm（稍弱配向膜）

・最外层 纺制时间25分钟，旋转速度1000rpm（强烈配向膜）

<纳米纤维球的形态分析结果>

・内径3.8mm、外径4.1mm、内部体积230mm3

・从芯铝收集器上取下时会形成两个导管，可用于细胞悬浮液注入。内径0.58mm。

・球体内侧为随机纤维，表面光滑。纤维直径1.70±0.41mm，配向参数0.11±0.06。因为纤维被密封，所以虽然是多孔质，但是没有可供细胞穿透的间隙。因此，氧气和营养素均可以从外部供给，但细胞只能通过管道移动。

・球体外侧为朝向圆周方向的配向纤维。纤维直径1.76±0.57mm，定向参数0.51±0.07。

・通过调整藻朊酸珠的尺寸和旋转速度，可以制作各种类型的球体。

・通过ATR-FTIR光谱测量来确认不存在残留的海藻酸。

・根据CesSildrop法的水接触觉测定结果，确认通过进行酵素等离子体处理可使疏水性聚合物PHBH亲水化。

・为细胞粘结提供良好的微观环境。

・由于营养素和局部氧浓度的差异，长期培养的细胞形成了高配向结构，朝着管道中心的直径方向细。因此，认为浓度梯度有可能会导致细胞的扩散和转移。

・管道周围是通过导电电线使用静电纺丝法直接纺制的随机纤维。

・如果从内而外向管道移动的细胞到达过多的区域，纤维结构为防止细胞向外移就会像鱼瓶陷阱一样移动。另外，长期培养层内的细胞会覆盖内部但没有深入纤维。因为墙壁是非多孔的，所以有足够的密度来阻碍细胞的移动。因此，纳米球可以提供适当的细胞来粘结表面。

・细胞外矩阵结构的紧密网络生成也已明确。可确认直径为225±136mm的薄纤维。比PHBH支架及细胞本身薄得多，与骨胶原纤维相似，因此认为是U-251细胞产生的ECM纤维。

<结论>

通过溶解藻朊酸珠，可以创建新的3D空心纳米纤维球。玻璃珠残留的中空空间和纳米纤维的各向异性模仿了细胞培养模型的囊肿环境。

另外，PHBH空心纳米纤维还提供了用于研究细胞间和细胞ECM相互作用的人造环境培养系统。

这项研究的实验模型有助于分析囊肿中的生物行为。最终有可能将目光投向恶性性状转换等临床上尚未阐明的现象，另外此研究在医疗领域应用上也有巨大的可能性。

<用途>

・囊肿的体外模型（进一步调查ECM在细胞生物学中的作用等）

・作为体内组织和器官的支架

・开发动脉瘤的*佳治疗方法

・血栓性动脉瘤生长机理的分析

・作为非纤维的加工模板来模仿其他脏器和组织等