[发明专利]一种三维纳米纤维支架-细胞复合体及其构建方法和应用

说明书

本发明涉及一种三维纳米纤维支架‑细胞复合体及其构建方法和应用。所述构建方法包括如下步骤：S1：利用手工折纸艺术将纳米纤维膜构建为具有空腔的载体，待用；S2：另选纳米纤维膜，将胚胎成骨细胞接种并粘附在纳米纤维膜的两面得到纳米纤维膜1；所述胚胎成骨细胞的接种量为3´10⁵~5´10⁵个/cm²；S3：将纳米纤维膜1层层叠放后放入载体中至载体的空腔填满，然后进行体外培养，即得到三维纳米纤维支架‑细胞复合体。本发明提供的构建方法操作简单，便于推广应用；制备得到的三维纳米纤维支架‑细胞复合体具有三维块状结构，在骨组织工程中具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于医用材料技术领域，具体涉及一种三维纳米纤维支架-细胞复合体及其构建方法和应用。

背景技术

电纺作为一种通用的、成本效益极高的技术，已经引起了全世界的关注，并被广泛应用于光伏器件、制动器、过滤、催化剂载体、介质隔离器、药物传递、复合增强材料等。近年来，由于电纺技术能够连续地产生类似细胞外基质(ECM)结构的纳-微米级别的纤维，而受到了广大再生医学研究者的青睐(Zhang Y.International Journal of Nanomedicine,2007,2(4):623-38)。电纺纳米纤维已被用于创伤敷料、药物释放载体和组织工程支架等，其中，纳米纤维材料作为细胞培养支架的研究最为深入(Yoshimoto H.,Shin Y.,TeraiH.,et al.Biomaterials,2003,24(12):2077-82)。

虽然电纺纳米纤维具有表面积体积比大、比表面高和表面改性设计多样化的优点，但是由于技术限制，传统的电纺只能用于制备二维(2D)薄膜。为了克服电纺过程的固有缺陷并获得三维结构，研究者已经开发了两种主要的策略来解决这一问题(Sun B,LongYZ,Zhang HD,Li MM,Duvail JL,Jiang XY,et al.Progress in Polymer Science.2014；39:862-90)。第一种策略依赖于对电纺过程的精确调控，通过连续电纺、多层电纺、引入3D模板代替2D平板接收器、或调整参数(如溶液浓度、电场强度和相对湿度)来实现纳米纤维的自组装(Paneva D,Manolova N,Rashkov I,Penchev H,Mihai M,Dragan E.DigestJournal of Nanomaterials and Biostructures.2010；5:811-819)。通过增加电纺时间进行连续电纺，能够获得厚度可达几百微米的三维纳米纤维结构，但是这一过程非常耗时，并且3D结构的厚度仍然是有限的(Soliman S,Pagliari S,Rinaldi A,Forte G,FiaccaventoR,Pagliari F,et al.Acta Biomaterialia.2010；6:1227-37)。大多数研究者设计了具有微/纳米结构的收集器来制备图案化的纳米纤维，并且它们更关注在微观尺度上的构形，而不是宏观尺度上的3D结构(Zhao S,Zhou Q,Long Y-Z,Sun G-H,Zhang Y.Nanoscale.2013；5:4993-5000)。虽然通过调整电纺参数制备了3D棉花状纳米纤维结构，但是纳米纤维的组装机理不确定，并且此类3D结构的力学性能较差。相比于直接控制电纺过程，实现3D结构的第二种策略是对电纺纳米纤维进行后处理，如重复、折叠和卷曲(Shim IK,Jung MR,KimKH,Seol YJ,Park YJ,Park WH,et al.Journal of Biomedical Materials ResearchPart B:Applied Biomaterials.2010；95B:150-60)。后处理方式相对简单，但是3D纳米纤维结构中相邻的纤维表面间往往有较大的距离，在这种情况下，细胞只能在2D表面上粘附和伸展，而不能在相邻表面间形成沟通并3D生长。也就是说，采用后处理方式制备的三维纳米纤维结构不能直接用于组织工程。因此，如何利用电纺这一简单的技术得到满足组织再生中三维结构要求的支架材料，是急需解决的问题。