一种三维纳米纤维支架-细胞复合体及其构建方法和应用技术

本发明专利技术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´10

A Three-dimensional Nanofiber Scaffold-Cell Complex and Its Construction Method and Application

The invention relates to a three-dimensional nanofibre scaffold cell complex and a construction method and application thereof. The construction method comprises the following steps: S1: using manual origami art to construct nanofibre membrane as a carrier with a cavity for use; S2: another nanofibre membrane is selected to inoculate embryonic osteoblasts and adhere to both sides of the nanofibre membrane to obtain nanofibre membrane 1; the inoculation amount of embryonic osteoblasts is 3_10.

【技术实现步骤摘要】
一种三维纳米纤维支架-细胞复合体及其构建方法和应用
本专利技术属于医用材料
，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。
技术介绍
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（ZhangY.InternationalJournalofNanomedicine,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（YoshimotoH.,ShinY.,TeraiH.,etal.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（SunB,LongYZ,ZhangHD,LiMM,DuvailJL,JiangXY,etal.ProgressinPolymerScience.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（PanevaD,ManolovaN,RashkovI,PenchevH,MihaiM,DraganE.DigestJournalofNanomaterialsandBiostructures.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（SolimanS,PagliariS,RinaldiA,ForteG,FiaccaventoR,PagliariF,etal.ActaBiomaterialia.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（ZhaoS,ZhouQ,LongY-Z,SunG-H,ZhangY.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（ShimIK,JungMR,KimKH,SeolYJ,ParkYJ,ParkWH,etal.JournalofBiomedicalMaterialsResearchPartB:AppliedBiomaterials.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。手工折纸是一种传统的纸艺，采用一系列的折叠技巧可以由纸片得到雅致的和复杂的三维物体（LangR.J.,HullT.C.TheMathematicalIntelligencer,2005,27(2):92-95）。自从人们认识到自然界是利用可控的折叠和展开序列来进行错综复杂的结构组装，小到蛋白分子，大到植物，手工折纸组装的方法就引起了非常有意义的科学和技术兴趣。迄今为止，新型的折纸方法已经被用来制备纳米尺度的DNA基物体以及小尺度和中尺度的结构，例如三维金属物体和硅太阳能电池，这些结构是通过平版印刷图案和表面张力效应引起的自发折叠产生的（SymsR.R.,YeatmanE.M.,BrightV.M.,etal.JournalofMicroelectromechanicalSystems,2003,12(4):387-417;PyC.,ReverdyP.,DopplerL.,etal.PhysicalReviewLetters,2007,98(15):156103）。因此，如何发挥这种易操作的、低成本的和通用的手工折纸艺术，并组装具有任意形状、成分和功能的三维纤维结构是非常有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中三维纳米纤维结构的缺陷和不足，提供一种三维纳米纤维支架-细胞复合体的构建方法。本专利技术提供的构建方法利用手工折纸艺术为层层组装的纳米纤维膜提供有限的空间，同时在纳米纤维膜的双面接种胚胎成骨细胞，使其分泌ECM紧密地粘合相邻的纳米纤维膜，在无外加粘结剂的情况下实现三维纳米纤维支架-细胞复合体的构建，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。本专利技术的另一目的在于提供一种三维纳米纤维支架-细胞复合体。本专利技术的另一目的在于提供上述三维纳米纤维支架-细胞复合体在骨组织工程中的应用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种三维纳米纤维支架-细胞复合体构建方法，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。受自然界物质构成方式的启发，我们利用手工折纸艺术（折纸）相结合，构建了三维纳米纤维支架-细胞复合体。采用折纸艺术构建的载体为层层组装的纳米纤维膜提供了有限的空间，而生长在纳米纤维膜两侧的胚胎成骨细胞通过分泌细胞外基质（ECM）促进相邻纳米纤维膜的结合。在此过程中，胚胎成骨细胞在纳米纤维支架中呈现三维（3D）分布，并且可以横跨相邻纳米纤维膜之间的间隙，形成细胞层，并填充整个3D纳米纤维支架。最终，我们获得了一种由电纺纳米纤维支架和细胞组成的三维块状结构，这一结构在骨组织工程中具有潜在的应用前景。优选地，S1中所述载体为无盖盒体。利用手工折纸艺术将载体制备为无盖盒体，可更便于层层组装的纳米纤维膜的放入及后续的培养操作。本领域中常规的纳米纤维膜均可用于本专利技术中。而PCL/nHA复合纳米纤维具有优异的骨传导性、骨诱导性和骨整合性以及生物相容性和力学相容性，利用PCL/nHA复合纳米纤维得到的三维纳米纤维支架-细胞复合体将具有更为优异的性能。优选地，S1中所述纳米纤维膜为PCL/nHA复合纳米纤维。更为优选地，S1中所述PCL/nHA复合纳米纤维中nHA的质量分数为10~30%。更为优选地，所述PCL/nHA复合纳米纤维中nHA的质量分数为20%。优选地，S1中利用静电丝纺技术制备得到所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维纳米纤维支架‑细胞复合体的构建方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种三维纳米纤维支架-细胞复合体的构建方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述构建方法，其特征在于，S1中所述载体为无盖盒体。3.根据权利要求1所述构建方法，其特征在于，S1中所述纳米纤维膜为PCL/nHA复合纳米纤维。4.根据权利要求1所述构建方法，其特征在于，S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋菊青，丁鹏，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44