Small Science:三维静电纺丝合成细胞外基质用于组织再生

组织再生是一个在生命科学、生物学、材料科学和工程交叉的快速发展和交叉领域。首先,它涉及功能性的无细胞或细胞负载结构或生物材料支架,这些结构利用不同的策略来制造。

将无细胞生物材料支架直接植入损伤部位可以机械支持局部细胞,促进局部组织修复。此外,它们可以在表面或内部被生物活性材料功能化,以刺激功能组织的再生。在细胞治疗应用中,与单独细胞移植相比,细胞负载结构可能提高治疗细胞的生存和分化。移植的细胞可以理想地替代失去的组织和/或对宿主组织产生有益的影响。在不同的生物材料构建中,三维纤维支架重建了一个三维微环境,它非常类似于天然的细胞外基质(ECM),包括结构和生化特性,指导细胞生存和分化。

具有纤维状网络的支架具有独特的特性,包括足够高的互联孔隙率、高比表面积、可调的力学性能以及最佳的形态特征。纤维支架的高孔隙率有利于物质的转移,从而有效地提供营养、扩散氧气、清除代谢废物和增强细胞间通讯,从而使整个支架具有高的细胞活力和功能。此外,与二维细胞培养相比,三维细胞培养提供了更真实的生化和生物力学微环境,为细胞迁移、增殖和分化创造了最佳环境。因此,具有合适生物力学性能的纳米纤维支架非常适合于组织工程。静电纺丝,作为一种相对简单和多功能的纤维制备技术,已经发展成制造与细胞、生物活性分子、蛋白质和生物相容性纳米材料相结合的纤维结构的重要方法。

许多研究表明,静电纺丝技术在组织再生领域具有重大潜力。然而,鲜有综述广泛地回顾并探讨针对不同组织的生物工程的深加工工艺。哈工大韩晓军教授,奥胡斯大学Chen Menglin教授更新并总结了最近面向制造三维支架电纺技术的进步,同时也完整地回顾了这项技术在组织再生中的新兴应用。文章首先介绍了静电纺丝在三维制造中的优势(Section 2,图2);然后分别从神经组织再生、心脏组织再生、骨组织再生、血管组织再生、皮肤组织再生和其他组织再生的角度广泛且深入地总结了三维静电纺丝技术在组织再生中的应用,并在文末提出了这项技术的关键挑战和未来前景。

图1 三维静电纺丝合成细胞外基质用于组织再生(TOC)
图2 三维静电纺丝制造细胞外支架

论文信息:

3D Electrospun Synthetic Extracellular Matrix for Tissue Regeneration

Yingchun Su, Mette Steen Toftdal, Alice Le Friec, Mingdong Dong, Xiaojun Han*, Menglin Chen*

Small Science

DOI:10.1002/smsc.202100003

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smsc.202100003