靜電紡絲制備法-3D納米纖維球

以納米纖維研究的日本國立福井大學藤田準教授的研究室使用我司的靜電紡絲設備成功創建了模仿囊腫立體結構的“納米纖維球”。

模仿囊腫立體構造的納米纖維球

〈開頭〉

囊腫是一種多細胞結構，多為內部具有液體和半固體物質的球形蓑衣。通常自然治愈，無害，但有時也會變成惡性腫瘤。

因為即使能夠制作3D細胞凝聚體也不能形成像細胞一樣的空心構造而導致很難弄清楚囊腫的細胞行為。

在這項研究中，受控的納米結構為空心納米纖維球。
通過靜電紡絲（ES）制作了名為“納米纖維球”的模型囊腫。

藻朊酸水凝膠是由具有良好生物相容性和生解性的褐藻類而獲得的天然親水性,并具有陰離子性多糖類，因此在生物醫學領域被廣泛調查。

由于二價陽離子的存在，藻朊酸鹽容易凝膠化,而交聯的藻朊酸通過乙烯二胺四酸（EDA）形成并且容易溶解。
矩陣纖維選擇了生物相容性和柔軟性的聚酯Po（3-羥基丁二烯-o-3-羥基六烯醇）（PHBH）,使用ES模仿細胞外矩陣（ECM）并制作了具有特定地形的納米纖維。

〈材料〉

PHBH(3HH＝10.6mol%)

海藻酸鈉（500cps）

氯仿（CHCl3）

氯化鈣（CaCl2）

EDTA
 

<納米纖維球的制作方法>

首先將5w/v%的藻朊酸鈉斷斷續續滴到1w/v%CaCl2中,并制作海藻酸水楊酸。接著在銀酸珠上穿過鋁線,沿著靜電紡絲收集器的旋轉軸設置后進行紡絲。

密度和方向由收集器的旋轉時間和旋轉速度控制。

每10分鐘6次用10mM EDIA溶液將ES后鈣離子凝膠化的藻朊酸水凝膠洗凈,并將它放置在EDA溶液中一夜，使鈣離子發生氧化。清洗后用于細胞培養。

?裝置:NANON
?電壓:29kV
?溶液:15w/v%PHBH-CHCl3

?溶液推進量: 0.1ml/h
?噴頭與收集器之間距離:100mm

?最內層 紡制時間45分鐘，旋轉速度100rpm（隨機纖維）

?中間層 紡制時間25分鐘、旋轉速度500rpm（稍弱配向膜）

?最外層 紡制時間25分鐘，旋轉速度1000rpm（強烈配向膜）

<納米纖維球的形態分析結果>

?內徑3.8mm、外徑4.1mm、內部體積230mm3

?從芯鋁收集器上取下時會形成兩個導管，可用于細胞懸浮液注入。內徑0.58mm。

?球體內側為隨機纖維，表面光滑。纖維直徑1.70±0.41mm，配向參數0.11±0.06。因為纖維被密封，所以雖然是多孔質，但是沒有可供細胞穿透的間隙。因此，氧氣和營養素均可以從外部供給，但細胞只能通過管道移動。

?球體外側為朝向圓周方向的配向纖維。纖維直徑1.76±0.57mm，定向參數0.51±0.07。

?通過調整藻朊酸珠的尺寸和旋轉速度，可以制作各種類型的球體。

?通過ATR-FTIR光譜測量來確認不存在殘留的海藻酸。

?根據CesSildrop法的水接觸覺測定結果，確認通過進行酵素等離子體處理可使疏水性聚合物PHBH親水化。

?為細胞粘結提供良好的微觀環境。

?由于營養素和局部氧濃度的差異，長期培養的細胞形成了高配向結構，朝著管道中心的直徑方向細。因此，認為濃度梯度有可能會導致細胞的擴散和轉移。

?管道周圍是通過導電電線使用靜電紡絲法直接紡制的隨機纖維。

?如果從內而外向管道移動的細胞到達過多的區域，纖維結構為防止細胞向外移就會像魚瓶陷阱一樣移動。另外，長期培養層內的細胞會覆蓋內部但沒有深入纖維。因為墻壁是非多孔的，所以有足夠的密度來阻礙細胞的移動。因此，納米球可以提供適當的細胞來粘結表面。

?細胞外矩陣結構的緊密網絡生成也已明確。可確認直徑為225±136mm的薄纖維。比PHBH支架及細胞本身薄得多，與骨膠原纖維相似，因此認為是U-251細胞產生的ECM纖維。

〈結論〉

通過溶解藻朊酸珠，可以創建新的3D空心納米纖維球。玻璃珠殘留的中空空間和納米纖維的各向異性模仿了細胞培養模型的囊腫環境。

另外，PHBH空心納米纖維還提供了用于研究細胞間和細胞ECM相互作用的人造環境培養系統。

這項研究的實驗模型有助于分析囊腫中的生物行為。最終有可能將目光投向惡性性狀轉換等臨床上尚未闡明的現象，另外此研究在醫療領域應用上也有巨大的可能性。

〈用途〉

?囊腫的體外模型（進一步調查ECM在細胞生物學中的作用等）

?作為體內組織和器官的支架

?開發動脈瘤的*佳治療方法

?血栓性動脈瘤生長機理的分析

?作為非纖維的加工模板來模仿其他臟器和組織等