CN110565207B - 一种纤维材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种纤维材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110565207B
CN110565207B CN201910674091.XA CN201910674091A CN110565207B CN 110565207 B CN110565207 B CN 110565207B CN 201910674091 A CN201910674091 A CN 201910674091A CN 110565207 B CN110565207 B CN 110565207B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
polyethyleneimine
fiber material
exogenous molecules
cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910674091.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110565207A (zh
Inventor
于谦
郑琰君
张燕霞
周洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou University
Original Assignee
Suzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou University filed Critical Suzhou University
Priority to CN201910674091.XA priority Critical patent/CN110565207B/zh
Publication of CN110565207A publication Critical patent/CN110565207A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110565207B publication Critical patent/CN110565207B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/02—Inorganic materials
    • A61L31/022—Metals or alloys
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/04—Macromolecular materials
    • A61L31/043—Proteins; Polypeptides; Degradation products thereof
    • A61L31/045—Gelatin
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/04—Macromolecular materials
    • A61L31/06—Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/14—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L31/148—Materials at least partially resorbable by the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/14—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L31/16—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10—Other agents for modifying properties
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/02—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from cellulose, cellulose derivatives, or proteins
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers
    • D01F8/14—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers with at least one polyester as constituent
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers
    • D01F8/16—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers with at least one other macromolecular compound obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as constituent
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/18—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from other substances
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
    • A61L2300/252—Polypeptides, proteins, e.g. glycoproteins, lipoproteins, cytokines
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
    • A61L2300/258—Genetic materials, DNA, RNA, genes, vectors, e.g. plasmids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/412—Tissue-regenerating or healing or proliferative agents
    • A61L2300/414—Growth factors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/04—Materials for stopping bleeding

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种纤维材料，其包括纤维核层和包覆在所述的纤维核层外的纤维壳层，所述的纤维核层包括外源分子和聚乙烯亚胺；所述的纤维壳层包括金纳米棒和生物可降解材料。本发明的纤维材料实现了外源分子的释放与高效递送的双重目的，且外源分子的负载方式简单，传递效率高，释放前不易被降解失效，在组织工程等生物医用领域具有潜在的应用价值。

Description

一种纤维材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明具体涉及一种纤维材料及其制备方法和应用。
背景技术
基因传递，是基因治疗以及组织工程中的重要环节。在此之中，表面介导的基因传递凸显出了更大的优势。不同于传统的基因传递方式，这类研究将基因分子负载于生物材料表面或本体，当材料在体外或植入介入体内与细胞接触后，材料表界面处的基因会被细胞内吞从而实现基因传递。表面介导的基因传递相比于其他传统传递方式具有转染效率高、载体稳定、基因释放长效等不可替代的优势。
在近年来的研究中，在生物材料和器件中包埋或表面负载具有调控功能的功能基因，在材料植入体内后功能基因转染周围组织，一方面有望抑制炎症、并发症等不良反应，另一方面还可按需赋予材料进一步治疗该部位疾病的生物活性。然而对于生物材料表面介导的基因传递，仅仅解决基因在材料上的负载和保护并不能完全保证基因治疗效果，负载于材料当中或表面的基因分子还必须能够以合适的方式从材料中释放，才能有效转染组织、达到基因治疗的目的。
静电纺丝纳米纤维作为表面介导的基因传递的载体引起了极大的关注，主要是由于其拥有高的比表面积、较高的孔隙率，而且静电纺丝纤维可以模拟细胞外基质(ECM)拓扑结构的相互连接的多孔几何结构，有利于细胞的黏附与生长。目前一些研究将DNA与电纺超细纤维结合。最初是通过混合电极制造合成聚合物/DNA复合支架，在此之后大量研究表明负载裸DNA或基因-载体复合物，存在着很多问题，例如基因在材料上的负载难以控制，载体易失活；基因在释放前易受酶攻击，基因在体内环境中释放行为不可控，容易产生释放过快或过慢等问题，且基因的释放和转染没有选择性；细胞与组织的基因转染效率仍然偏低。
目前对于表面介导基因传递材料设计中，除了以调控植介入基底材料本身性质为出发点来提升其基因传递能力之外，细胞在转染发生时所处的细胞状态以及多种细胞自身行为对于转染效率的高低也有着决定性的影响。细胞膜是基因转染中最关键的屏障，因此细胞膜的状态是细胞多种状态中对于基因转染最为重要的细胞状态之一。目前已有通过电穿孔、超声波等手段扰动细胞膜、增加膜通透性的方法被用于促进基因转染。但是这些手段可控性差、容易引起细胞的死亡。
专利名称：采用光致穿孔的方式制备负载有外源分子细胞的方法及制备该细胞用的基材及该细胞(专利号：CN 105420278 A)，其通过在培养板的培养孔内沉降金纳米粒子聚集体得到基材，通过在无血清培养基中添加外源分子，并利用激光照射实现外源分子向细胞内的转染。该方式中的基材不具有普适性，在实际应用中具有一定的局限性。
专利名称：通过静电纺丝将核酸适配体修饰的高分子体系纺成纤维膜应用于控制释放(专利号：CN 103705438 A)，该专利将DNA双链分别接枝到线状聚丙烯酰胺高分子聚合物上并加入客体分子，形成包裹客体分子的装载体系。进一步通过静电纺丝技术将装载体系纺成纤维膜，通过外加结合能力强的目标分子竞争结合适配子使装载体系解体，释放客体分子。该方式的负载以及释放过程较为复杂，限制了其实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有光热效应的纤维材料及其制备方法和应用，该纤维材料在保证保护负载的外源分子的同时，可以利用光热效应实现外源分子的可控释放；同时，材料的光热效应可以改变黏附在纤维材料上细胞的细胞膜的状态，促进外源分子进入细胞中，提高传递效率。
为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明第一方面提供一种纤维材料，其包括纤维核层和包覆在所述的纤维核层外的纤维壳层，所述的纤维核层包括外源分子和聚乙烯亚胺；所述的纤维壳层包括金纳米棒和生物可降解材料。
本发明中所述的外源分子包括质粒DNA(pDNA)、核酸、糖类、蛋白质、药物中的一种或多种。
本发明的纤维材料是一种表面介导的传递材料，与其他传统的传递方式相比，本发明的纤维材料具有传递效率高、载体稳定、外源分子释放长效等不可替代的优势。
基于光热转染的优势，我们开发了一种具有光热效应负载外源分子的核壳结构纤维材料，为了保护外源分子，特别是pDNA，我们用聚乙烯亚胺(PEI) 与带负电荷的DNA分子静电缩合以保护pDNA并提高转染效率。在释放外源分子的方面，本发明是利用光热效应增加纤维材料的通透性，使外源分子从纤维材料中释放出来，并且可以根据需要调控照射强度和光照时间以适应不同细胞系传递的要求以及提高对于难传递细胞体系的传递效率。同时，在近红外光照射下可以同时增强细胞膜的通透性，便于释放出来的外源分子进入细胞中实现向细胞中成功传递外源分子，使细胞获得一定功能，是一种一举两得的方法，且负载与释放的方法简单易行。
另外，金纳米棒作为一种常用的功能性纳米材料，具有良好的光热效应。在近红外光的照射下，金纳米棒能够有效地将吸收的光转换为热量的同时光线可以实现最大程度地渗透。因此，本发明采用金纳米棒作为光热转换介质。
本发明的纤维材料可以通过同轴静电纺丝技术制得，获得核壳结构的纤维。静电纺丝制得的纤维材料相比于其他基因载体，具有功能性强、高孔隙率、以及类似细胞外基质结构等众多优势。除此之外，本发明中的纤维材料可以改变材料成分与性质实现不同的功能。
优选地，所述的纤维核层中所述的聚乙烯亚胺和所述的质粒DNA的N/P摩尔比为15～40。当N/P低时，则转染效率低下，当N/P高时，则会产生细胞毒性，因此，优选N/P摩尔比为15～40，进一步优选为30。
优选地，所述的聚乙烯亚胺为低分子量聚乙烯亚胺(LPEI)。本发明中采用的低分子量聚乙烯亚胺(LPEI)的Mw为0.2kDA～3kDA。进一步优选为2kDA。
本发明中，所述的生物可降解材料为透明质酸，明胶，藻酸盐，丝蛋白，壳聚糖，聚羟基丁酸戊酸酯，聚羟基丁酸己酸酯，聚己内酯，聚乙交酯，聚丙交酯，聚乳酸，聚乳酸与己内酯或乙交酯的共聚物中的一种或多种。
优选地，所述的生物可降解材料为明胶和左旋聚乳酸的混合物，通过明胶以及左旋聚乳酸的复合使用，增强了细胞的黏附，同时左旋聚乳酸可以增强明胶的电纺性。进一步优选地，所述的明胶和所述的左旋聚乳酸的质量比为 1:10～20，更优选为1:12～16。
优选地，所述的金纳米棒和所述的生物可降解材料的质量比为1：150～200。
本发明中的金纳米棒可以市购获得，或者通过种子生长法制备得到，种子生长法参考现有技术的报道即可。
本发明的所述的纤维材料在近红外光以0.27W/cm2～3.9W/cm2的光照强度下照射10～60s时，所述的外源分子能够从所述的纤维材料中释放且所述的纤维材料的温度升高。本发明中的光照强度和光照时间的控制较为重要，若光照强度太高或者照射时间过长，则会引起纤维材料的变形和烧焦，若强度太低或照射时间过短，则外源分子无法有效地从纤维材料中释放，且纤维材料的温度升高有限，从而无法很好的提高细胞膜的通透性，不利于传递效率的提高。
本发明的第二方面提供一种所述的纤维材料的制备方法，所述的纤维材料通过同轴静电纺丝制成。
具体地，首先分别配制核层纺丝液和壳层纺丝液，然后将所述的核层纺丝液和所述的壳层纺丝液通过同轴静电纺丝装置进行纺丝制得。
其中，核层纺丝液的制备方法为：将外源分子与聚乙烯亚胺水溶液混合制得。
对于外源分子为pDNA时，制备方法为：将pDNA的甘油菌菌种进行细菌培养，然后进行质粒提取纯化，将聚乙烯亚胺溶液和提取纯化的质粒混合制得，其中聚乙烯亚胺溶液的溶剂为超纯水。
其中，壳层纺丝液的制备方法为：将生物可降解材料和金纳米棒加入到溶剂中搅拌制得，所述的溶剂为聚六氟异丙醇、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或多种。
同轴静电纺丝的具体方法为：将核层纺丝液和壳层纺丝液按照体积比为 1:2～3注入接通正负极的针头进行纺丝，针头内径为0.4～0.8mm，正极电压为 12～16KV，负极电压为-2～-6KV。同轴静电纺丝的示意图见图1。
本发明的第三方面是提供一种所述的纤维材料在医疗制品或医疗器械中的应用，本发明的纤维材料可以制成止血材料，伤口包覆材料，组织工程支架材料，药物释放膜，创伤敷料、药物输送材料等医疗制品或医疗器械，用于所需疾病的治疗。例如，通过改变纤维材料的组成并将具有止血功能的因子进行电纺则可应用于大量出血的伤口治疗当中。通过核层采用负载编码成纤维细胞生长因子的pDNA(pFGF)制成的纤维材料，可以高效率的促进成纤维细胞的增殖与迁移，从而达到促进伤口愈合的目的，在组织工程等生物医用领域具有潜在的应用价值。除此之外，改变核层负载的pDNA，例如将其更换为编码VEGF (血管内皮生长因子)、IGF-1(胰岛素样生长因子1)等生长因子的质粒可以应用于血管内皮化以及成骨细胞增殖及分化的方面，或者将pDNA更换为蛋白或药物等实现例如药物释放等领域的应用。
本发明的第四方面是提供一种所述的纤维材料的体外细胞递送方法，包括如下步骤：
(1)将细胞种植到所述的纤维材料上；
(2)加入无血清细胞培养基，并采用近红外光以0.27W/cm2～3.9W/cm2的光照强度照射10～60s；
(3)照射完毕后3h～6h，将所述的无血清细胞培养基更换成血清细胞培养基，继续培养，得到含有所述的质粒DNA的细胞。
由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明的纤维材料实现了外源分子的释放与高效递送的双重目的，且外源分子的负载方式简单，传递效率高，释放前不易被降解失效，在组织工程等生物医用领域具有潜在的应用价值。
附图说明
图1为同轴静电纺丝过程的示意图；
图2为实施例1的不同N/P比下的同轴静电纺丝纤维CCK-8细胞活性测定结果图以及转染效率结果图；
图3为实施例2制得的纤维材料的SEM和TEM图；
图4为实施例2的静电纺丝纤维的光热效应测定结果图；
图5为实施例3的流式细胞术表征转染效率的结果图；
图6为实施例3的对NIH-3T3细胞的增殖效果结果图；
图7为实施例3的细胞迁移结果，其中图7(a)为利用Transwell表征细胞迁移的结果；图7(b)图为表征细胞迁移的划痕实验结果。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可从商业途径获得。
基于光热方法的表面辅助基因转染的优点以及静电纺丝纤维的优点，下文以促进成纤维细胞的增殖与迁移为目的进行了相关研究，纺丝纤维的核层为负载编码成纤维细胞生长因子的pDNA(pFGF)，以生物相容性好、生物可降解的明胶/左旋聚乳酸(PLLA)作为外层纺丝纤维，并在外层掺入一定量的金纳米棒 (GNR)，以提供纺丝纤维优异的光热效应。最终，我们得到了一种高孔隙率、光热可控的静电纺丝纤维膜，在一定强度的近红外光照射下，核层的pFGF会从纺丝纤维中的释放，就近原位转染表面的成纤维细胞，同时所照射的近红外光可以在细胞膜的表面穿孔完成pFGF向细胞的递送，加速成纤维细胞的增殖与迁移，达到促进伤口愈合的目的。
实施例1
(1)合成GNR的步骤如下：首先配置其种子溶液，将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(0.1M，9.75mL)，氯金酸(HAuCl4)(0.01M，0.25mL)，NaBH4 (0.01M，0.6mL)混合搅拌2min，静置至少2h后使用，整个过程恒温25℃；随后配置其生长溶液，将CTAB(0.1M，8mL)，HAuCl4(0.01M，0.4mL)， AgNO3(0.01M，80μL)，抗坏血酸(0.1M，64μL)，加入HCl(1.0M，160μL) 混合搅拌均匀；最后向8.7mL生长溶液中加入配置好的种子溶液17μL，28℃放置过夜后，用高速离心机8000rpm离心去除杂质后使用，制得的GNR的长径比为4.08。
(2)配置外层纺丝液：将PLLA(2.8g)，明胶(200mg)，GNR(15.6mg) 溶解于20mL的聚六氟异丙醇(HFIP)当中，搅拌过夜成无色粘稠状，取出5mL 作为外层纺丝液。
(3)配置内层纺丝液：编码GFP绿色荧光蛋白的bFGF的质粒在大肠杆菌中生长，并用LB培养基进行细菌培养，利用质粒提取试剂盒进行纯化，提取成功的pGFP-bFGF的利用紫外分光光计测量其在260nm处的吸光值，确定其浓度为159μg/mL；分别按照N/P摩尔比为2.5、5、7.5、15、30、40的条件下，将等体积的LPEI水溶液逐滴加入至所提取的pGFP-bFGF中，获得混合溶液，后从制备好的混合溶液中取出2mL作为内层纺丝液。
(4)同轴纺丝：将内外纺丝液分别注入5mL和2mL的注射器中，利用可控速的注射泵将注入注射器的混合溶液分别推入接通正负电极的针头，针头内径0.6mm，正极电压为14KV，负极电压为-4KV；最终得到我们的静电纺丝纤维。
(5)细胞实验：用75％酒精对静电纺丝纤维进行消毒，之后将NIH-3T3细胞以5万/孔的密度种植到放置在48孔板的静电纺丝纤维上，加入完全培养基培养12h使细胞充分铺展。
(6)光热转染：无菌PBS清洗细胞，加入无血清细胞培养基。用波长为 808nm的激光光源以0.45W/cm2的功率密度对孔中细胞照射30s。
(7)样品表征：激光照射完毕4h后，更换成完全细胞培养基继续培养细胞。
(8)CCK-8细胞活性测定以及荧光染色表征转染效率：激光照射48h后，测定CCK-8细胞活性，不同N/P条件下的实验结果见图2(a)，从图2(a)可见，在N/P＝30的条件下能够在保持较高细胞活性的前提下得到较高的转染效率，其中，Control组为正常培养的细胞。激光照射48h后，用4',6-二脒基-2-苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole，DAPI)对细胞核进行染色，再用荧光显微镜观察绿色荧光蛋白表达情况。蓝色的细胞为被染色的细胞核，绿色的细胞为成功表达绿色荧光蛋白的细胞，代表被成功转染的细胞，通过所得到的荧光图计算成功表达绿色荧光蛋白的细胞得到其转染效率，结果见图2(b)。
实施例2
静电纺丝纤维的制备方法与实施例1的N/P为30时的制备方法相同。该实施例制得的静电纺丝纤维(以PG/GNR表示)的SEM和TEM图见图3，其中， (a)PG/GNR核壳结构纺丝纤维的SEM表征，标尺：5μm。(b)PG/GNR核壳结构纺丝纤维以及GNR的TEM表征，由TEM表征得到GNR均匀的分布于纺丝纤维壳层当中，标尺：20nm,200nm。
细胞实验方法与实施例1基本相同，不同之处在于：用波长为808nm的激光光源以0.45W/cm2的功率密度对孔中细胞照射不同时间以测定静电纺丝纤维的光热效应，测定结果见图4(湿态)，从结果可见，纺丝纤维表面温度迅速升高，温度在短时间(50s)照射后达到约45℃，其中，PG为对比例1的实验结果。
实施例3
静电纺丝纤维的制备方法与实施例2相同。
将本实施例制得的静电纺丝纤维按照实施例1的方法(即实施例1的步骤 (5)至(7))进行细胞培养。
经细胞培养的样品处理分为三部分进行，分别为(1)流式细胞术表征转染情况、(2)细胞增殖实验、(3)细胞迁移实验。
(1)流式细胞术表征转染情况：激光照射48h后，将纤维上培养的细胞用胰蛋白酶消化下来，离心后用无菌PBS重悬并置于流式管中，并将未经过任何处理的NIH-3T3细胞作为对照组进行流式细胞仪测试，测试结果见图5。流式细胞术表征转染效率的结果表明，用本发明中所述的静电纺丝纤维材料在一定的近红外光照射下向成纤维细胞内传递pFGF，由(a)图可以看出照射之后细胞的 GFP表达量即转染效率高于未进行近红外光照射(即PG/GNR(-))以及正常培养的细胞(即Control)，(b)图中单个细胞的GFP表达量与(a)图相比具有相同的趋势，结果证明本发明中的静电纺丝纤维可以在一定强度的近红外光照射下成功的将pFGF传递进入细胞当中。本实施例中，未进行近红外光照射(即 PG/GNR(-))是指本实施例合成的静电纺丝纤维在进行细胞培养时，不进行激光照射的步骤，其他操作步骤均与实施例1的细胞培养步骤相同。
(2)细胞增殖实验：利用CCK-8定量检测细胞在1、3、5天的增殖情况，测试结果见图6。细胞培养1、3、5天后，通过测定细胞在450nm处的吸光值的定量结果可以看出，激光之后的样品细胞增殖速率明显较快，无激光条件下 (即PG/GNR(-))的细胞增殖是由于核层pFGF从纺丝中渗透导致的，但与激光转染后的细胞相比增殖效果相对较弱；由此可以看出成功转染的pFGF在细胞内成功表达，显著地促进了成纤维细胞的增殖，证明光热转染对细胞增殖的促进效果。
(3)细胞迁移实验：激光照射24h后，利用划痕实验以及Transwell细胞迁移表征细胞迁移情况；划痕实验：在将NIH-3T3重新培养至汇合后，通过塑料移液管尖端形成伤口划痕，在刮擦后0-24h使用显微镜观察迁移情况并通过得到的照片计算其迁移面积。
另外使用具有8mm孔的滤膜在Transwell小室中评估转染的NIH-3T3细胞的迁移能力。转染24h后，将细胞置于无血清培养基中12h，然后接种到上室，每孔2×105个细胞，在200μL无血清培养基中，下室充满500μL完全培养基。在37℃下进一步温育6h后，用PBS洗涤上室3次并用无水甲醇固定。然后使用棉签除去上室内表面上的细胞，迁移到的Transwell过滤器下表面的细胞用结晶紫染色20min用显微镜成像并通过得到的染色照片进行计数。
测试结果见图7，(a)图为利用Transwell表征细胞迁移的结果，选取五个视野的细胞进行计数的结果证明激光照射后成功转染的NIH-3T3细胞迁移速率较快；(b)图为表征细胞迁移的划痕实验结果，监控了NIH-3T3细胞在24h内的迁移情况，通过结果计算迁移面积证明转染后的细胞增殖速率较快；由以上细胞迁移的结果证明成功转染的NIH-3T3细胞成功的表达了bFGF。
对比例1
(1)配置纺丝液：将PLLA(2.8g)，明胶(200mg)，溶解于20mL的聚六氟异丙醇(HFIP)当中，搅拌过夜成无色粘稠状；
(2)单轴纺丝：将纺丝液注入5mL的注射器中，利用可控速的注射泵将注入注射器的混合溶液推入接通正负电极的针头，针头内径0.6mm，正极电压为14KV，负极电压为-4KV；最终得到我们的静电纺丝纤维。
(3)细胞实验：用75％酒精对基材进行消毒，之后将NIH-3T3细胞以5万/孔的密度种植到放置在48孔板的静电纺丝纤维上，培养12h使细胞充分铺展。
(4)光热转染：用无菌PBS清洗细胞，加入无血清细胞培养基。用波长为 808nm的激光光源以0.45W/cm2的功率密度对孔中细胞照射30s。
(5)样品表征：激光照射完毕4h后，更换成带血清的细胞培养基继续培养细胞。经得到的样品分为两部分进行实施例3的实验作为Control，分别为(2) 细胞增殖实验和(3)细胞迁移实验结果中的PG组。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (5)

1.一种纤维材料，其特征在于：其包括纤维核层和包覆在所述的纤维核层外的纤维壳层，所述的纤维核层包括外源分子和聚乙烯亚胺；所述的纤维壳层包括金纳米棒和生物可降解材料，所述纤维材料由核层纺丝液和壳层纺丝液按照体积比为 1:2~3经过同轴静电纺丝技术制成，所述的纤维材料具有光热效应，所述的金纳米棒和所述的生物可降解材料的质量比为1：150~200, 所述的生物可降解材料为明胶和左旋聚乳酸的混合物，所述的明胶和所述的左旋聚乳酸的质量比为1:10~20，所述的纤维核层中所述的聚乙烯亚胺和所述的外源分子的N/P摩尔比15~40，所述的纤维材料在近红外光以0.27 W/cm2~3.9 W/cm2的光照强度下照射10~60 s时，所述的纤维材料的温度升高且所述的外源分子能够从所述的纤维材料中释放，所述的壳层纺丝液由所述的明胶、所述的左旋聚乳酸以及所述的金纳米棒加入到溶剂中搅拌制得，所述的核层纺丝液由所述的外源分子与聚乙烯亚胺水溶液混合制得，所述的外源分子包括质粒DNA、核酸、糖类、蛋白质、药物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的纤维材料，其特征在于：所述的聚乙烯亚胺为低分子量聚乙烯亚胺，所述的低分子量聚乙烯亚胺的Mw为0.2kDA～3kDA。
3.一种如权利要求1或2所述的纤维材料的制备方法，其特征在于：所述的纤维材料通过同轴静电纺丝制成。
4.一种如权利要求1或2所述的纤维材料在止血材料、伤口包覆材料、组织工程支架材料、药物释放膜、创伤敷料或药物输送材料中的应用。
5.一种如权利要求1或2所述的纤维材料的体外细胞递送方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将细胞种植到如权利要求1或2所述的纤维材料上；
（2）加入无血清细胞培养基，并采用近红外光以0.27 W/cm2~3.9 W/cm2的光照强度照射10~60 s；
（3）照射完毕后3 h~6 h，将所述的无血清细胞培养基更换成血清细胞培养基，继续培养得到含有所述的外源分子的细胞。
CN201910674091.XA 2019-07-24 2019-07-24 一种纤维材料及其制备方法和应用 Active CN110565207B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910674091.XA CN110565207B (zh) 2019-07-24 2019-07-24 一种纤维材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910674091.XA CN110565207B (zh) 2019-07-24 2019-07-24 一种纤维材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110565207A CN110565207A (zh) 2019-12-13
CN110565207B true CN110565207B (zh) 2022-05-10

Family

ID=68773489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910674091.XA Active CN110565207B (zh) 2019-07-24 2019-07-24 一种纤维材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110565207B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111298184B (zh) * 2020-04-20 2020-12-18 安徽迈德普斯医疗科技有限公司 可生物降解载药纳米纤维烧伤科用医用绷带及其制备方法
CN111569158B (zh) * 2020-05-08 2022-05-03 南通大学 具有光热响应性的可控药物释放的仿生组织工程支架的制备方法
CN112111795B (zh) * 2020-09-14 2021-11-23 浙江理工大学 一种一步法纳米纤维水凝胶的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3353276B1 (en) * 2015-09-23 2019-09-04 Asociación Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales - CIC biomaGUNE Cell culture support

Also Published As

Publication number Publication date
CN110565207A (zh) 2019-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhu et al. Aligned PCL fiber conduits immobilized with nerve growth factor gradients enhance and direct sciatic nerve regeneration
CN110565207B (zh) 一种纤维材料及其制备方法和应用
Lai et al. Tailored design of electrospun composite nanofibers with staged release of multiple angiogenic growth factors for chronic wound healing
Choi et al. Electrospinning strategies of drug-incorporated nanofibrous mats for wound recovery
Garg et al. Biomaterials-based nanofiber scaffold: targeted and controlled carrier for cell and drug delivery
Zhang et al. Co‐electrospun fibrous scaffold–adsorbed DNA for substrate‐mediated gene delivery
Peng et al. Electrospun PLGA/SF/artemisinin composite nanofibrous membranes for wound dressing
Dong et al. Oriented nanofibrous P (MMD-co-LA)/Deferoxamine nerve scaffold facilitates peripheral nerve regeneration by regulating macrophage phenotype and revascularization
US6858222B2 (en) Fabrication of drug loaded biodegradable polymer fibers
Li et al. Sustained release of plasmid DNA from PLLA/POSS nanofibers for angiogenic therapy
CN114099759B (zh) 负载相变材料微粒的纤维创面修复支架及其制备方法和应用
JP2021185153A (ja) 核酸ベースの治療法の標的送達の組成物
Aijie et al. Nanoscaffolds in promoting regeneration of the peripheral nervous system
Puhl et al. Designing electrospun fiber platforms for efficient delivery of genetic material and genome editing tools
Lotfi et al. A biomaterials approach to Schwann cell development in neural tissue engineering
CN1733311A (zh) 一种包裹药物或生长因子的纳米纤维的制备方法
CN109381732A (zh) 负载生长因子小分子抑制剂的静电纺丝敷料、其制备方法及应用
CN112870439A (zh) 核壳-串晶结构的纳米纤维骨组织工程支架及其制备方法
Jiang et al. Brain microenvironment responsive and pro‐angiogenic extracellular vesicle‐hydrogel for promoting neurobehavioral recovery in type 2 diabetic mice after stroke
Rahimzadegan et al. Influence of reducing agents on in situ synthesis of gold nanoparticles and scaffold conductivity with emphasis on neural differentiation
Wang et al. Hypocapnia stimuli-responsive engineered exosomes delivering miR-218 facilitate sciatic nerve regeneration
Wang et al. Fabrication of an exosome-loaded thermosensitive chitin-based hydrogel for dental pulp regeneration
CN110404117B (zh) 一种功能化引导肌组织修复膜及其制备方法和应用
Alipour et al. Incorporating fingolimod through poly (lactic‐co‐glycolic acid) nanoparticles in electrospun polyurethane/polycaprolactone/gelatin scaffold: An in vitro study for nerve tissue engineering
CN114272443B (zh) 硅酸锌纳米颗粒复合纤维支架的制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant