我校化學化工與生物工程學院莫秀梅教授課題組在靜電紡絲納米纖維生物材料用於組織再生領域取得系列新進展🪡🪛，相關成果以《藥物緩釋型乳液靜電紡絲納米纖維覆膜支架在顱內動脈瘤的應用》（An Atorvastatin Calcium And Poly(L-Lactide-Co-Caprolactone)Core-Shell Nanofiber-Covered Stent to Treat Aneurysms and PromoteReendothelialization）、《具有抗凝特性、力學匹配的納米纖維管狀支架用於血管組織再生》(Mechanical Matching Nanofibrous Vascular Scaffold With EffectiveAnticoagulation for Vascular Tissue Engineering)、《一種可降解的多功能納米纖維膜用於牙周組織再生》(A Biodegradable Multifunctional Nanofibrous Membranes forPeriodontal Tissue Regeneration)為題，發表在生物材料主流雜誌《生物材料學報》（Acta Biomaterialia）和《復合材料B分冊：工程》（Composites Part B: Engineering）🏄🏽。論文第一作者分別是化學化工與生物工程學院碩士研究生楚瑨🖱、朱晶晶、劉學哲，通訊作者為恒行3平台莫秀梅教授、吳晶磊講師、上海交通大學附屬第六人民醫院王武教授、上海交通大學朱同賀博士後，恒行3平台為第一完成單位🧑🦽。
共聚物乳酸己內酯共聚物（PLCL）用於靜電紡絲製備工藝時，具有操作高效簡單的優點🛸◼️，而且這類聚酯類合成材料可以通過酯水解的方式無毒性降解🟡。同時PLCL具有力學韌性，作為人工血管時表現出良好的回彈性。乳液靜電紡絲通過添加乳化劑使油相和水相發生分離形成穩定的W/O型乳狀紡絲液🧑🏿🦰，在靜電紡過程中包覆在油相溶液中的水相小液滴由於靜電拉伸力影響兩種溶液之間摩擦力而形成“皮-芯”結構🤶🏼，藥物被包在纖維的芯層而緩慢釋放🏖。利用以上特性，莫秀梅教授課題組從仿生天然血管力學性能出發，選用Willis裸支架為支架骨架💳，PLCL為“皮-芯”結構皮層材料，通過乳液靜電紡絲將促內皮化藥物阿托伐他汀鈣（AtvCa）包覆在納米纖維芯層（圖1所示），實現藥物的長期緩釋。並將PLCL-AtvCa覆膜支架植入動脈瘤建模實驗動物📑，將動脈瘤與血管通路隔絕👳🏿♀️🐡，以動脈瘤瘤體無營養萎縮為目的製備人工載藥血管支架。
圖1乳液靜電紡納米纖維覆膜支架用於隔離動脈瘤示意圖
圖2納米纖維覆膜支架植入實驗動物模型一個月後支架橫切面染色圖。
研究團隊對納米纖維膜的理化性質🧜🏽♀️、細胞相容性及促內皮化性能進行了系統的表征和評估。結果表明，PLCL-AtvCa納米纖維血管支架有利於內皮細胞的粘附和增殖，其增殖能力隨著AtvCa負載濃度的增加不斷提高。將PLCL-AtvCa納米纖維覆膜支架植入動脈瘤建模實驗動物動脈瘤位置，一個月後取出覆膜支架發現支架內表面被光滑新生組織覆蓋；組織學表征表明瘤體出現萎縮，PLCL-AtvCa納米纖維覆膜支架內層有新生內膜生成👮🏿♂️，覆膜支架完整封閉了動脈瘤，使動脈瘤無營養而凋零，AtvCa的逐漸釋放促進了血管新生內膜的形成（圖2）🚈。相關研究成果發表在Acta Biomaterialia, 2020, 111, 102–117上。
生物可降解聚氨酯彈性體具有化學結構多樣性和良好的力學性能和生物相容性，在組織工程和藥物緩釋領域得到廣泛的研究和應用。可根據不同的應用需求👷🏼，對可降解聚氨酯彈性體的分子結構進行個性化設計與合成。雖然可降解聚氨酯 (PEUU)具有良好的力學性能，但單純的PEUU不僅偏疏水性，細胞相容性和血液相容性也不能完全滿足血管組織工程支架的實際應用需求。針對以上問題，莫秀梅教授課題組采用天然高分子材料明膠與PEUU進行復合，通過靜電紡絲技術製備PEUU/明膠納米纖維管狀支架，並將抗凝血藥物肝素與復合納米纖維結合🥈，製備出抗凝血PU75-E/N-Hep納米纖維管狀支架（圖3）。
圖3PU75-E/N-Hep納米纖維管狀支架的製備過程示意圖
團隊對該納米纖維管狀支架的理化性質、細胞相容性、血液相容性和組織相容性進行了系統的表征和評價。發現製備的PU75-E/N-Hep納米纖維管狀支架具有良好的納米纖維結構；呈現出與天然血管相匹配的力學性能👷🏽；能促進臍靜脈內皮細胞的粘附與增殖；能抑製血小板的粘附，具有良好的血液相容性。將PU75-E/N-Hep納米纖維管狀支架植入大鼠的腹主動脈缺損處👨✈️，用於原位再生🦑，對取出的新生血管進行各項組織學表征，發現沒有出現明顯的血栓和急性內膜增生。PU75-E/N-Hep納米纖維管狀支架在體內能夠快速形成內皮層💁🏻♂️🧑🏿⚕️，隨著支架中明膠成分的降解，平滑肌細胞能長入支架，對新生的血管組織起到力學支撐👨🏿💻，免疫熒光結果顯示新生血管的結構與自體血管高度相似🏇🏽。PU75-E/N-Hep納米纖維管狀支架移植大鼠腹主動脈4周後再生的血管組織⬇️，與大鼠自體腹主動脈的組織具有相似的免疫熒光染色結果（圖4）✊，PU75-E/N-Hep納米纖維管可用於血管組織再生🪶。研究成果發表在Composites Part B: Engineering,2020, 186,107788上。
圖4 大鼠自體腹主動脈與PU75-E/N-Hep納米纖維管狀支架移植4周的組織切片免疫熒光染色結果
基於GTR膜的引導組織再生術是臨床牙周組織再生中最常用的治療手段之一🉑。然而，目前臨床上常用的引導組織再生膜或多或少都存在其內在的缺點，如常用於牙周組織再生中的聚四氟乙烯膜因為其不可降解，需要進行二次手術取出👠，這不僅增加了傷口感染的風險同時會對傷口造成二次傷害🚣♀️；其他可降解膜大多存在力學不穩定，生物活性不足以及功能性缺乏等缺點👮🏻♀️。基於此🫴🏽🫱🏻，莫秀梅教授課題組結合了可降解材料：聚乳酸(PLA)，明膠(gelatin)和納米氧化鎂(nMgO)顆粒其各自的優點🧑🏻🎨💔，在優化紡絲條件後，成功通過共混靜電紡絲技術製備出了PLA/gelatin/nMgO復合納米纖維膜🏃♂️。研究發現，PLA/gelatin/nMgO具有良好的力學順應性和生物相容性，並且其力學性能可以根據所添加nMgO顆粒含量的不同進行調整🐫。PLA/gelatin/nMgO復合納米纖維膜能很好地阻止成纖維細胞的快速滲入，起到屏障成纖維組織侵入牙槽骨中的作用👂🏻。以大鼠骨髓間充質幹細胞(rBMSCs)為模式細胞，評價了納米纖維膜的促成骨活性，發現含有0.5%-1.5%nMgO的納米纖維膜具有優異的促幹細胞成骨分化作用。PLA/gelatin/nMgO膜還表現出抗菌作用🔇，研究團隊以大腸桿菌(E.Coli)和金黃色葡萄球菌(S.aureus)為模式細菌表征了它的抗菌作用，結果發現隨著膜中nMgO含量的增多，纖維膜表現出極強的抗菌性能，如圖5所示。
圖5（A）與纖維膜共培養一天後瓊脂板上活菌的數碼照片；（B）瓊脂板活菌數的定量分析；（C）膜上的細菌的電鏡圖
隨後，研究團隊在大鼠牙周缺損模型中評估了利用GTR技術評估了納米纖維膜的牙周修復效果。研究發現🌙，與空白對照組和單純的PLA/gelatin納米纖維膜相比💆🏼♂️，參有nMgO的納米纖維膜能顯著提升牙周缺損的恢復，如圖6所示。
圖6(A) 牙周缺損模型圖📝✍🏼；(B) 牙周缺損製備手術圖🚵；(C) Micro-CT; (D) 基於Micro-CT的牙槽骨相關參數分析圖
這些結果表明，莫秀梅教授團隊製備的可降解多功能納米纖維膜有可能作為一種新型的引導組織再生膜🤾🏽，用於牙周組織修復再生，並且為設計理想的GTR膜提供了設計思路。該研究成果發表在Acta Biomaterialia, 2020，108📳，207–222上。
上述研究成果得到了中央高校基本科研業務費專項資金資助🧙♂️、國家重點研究發展計劃☕️、國家自然科學基金🐦、上海市科學技術委員會項目的資助。原文鏈接如下：
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.04.044
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.107959
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.03.044