一种仿生三维高分子纤维网络结构及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种仿生三维高分子纤维网络结构及其制备方法与应用，属于癌症诊断材料技术领域，解决了传统纤维材料用于循环肿瘤细胞的捕获中空间利用率不足、制备繁琐、破坏细胞活性的问题，其包括以下步骤：采用液体接收静电纺丝技术制备3D

【技术实现步骤摘要】
一种仿生三维高分子纤维网络结构及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于癌症诊断材料
，具体涉及一种仿生三维高分子纤维网络结构及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells,CTCs)是指从原位肿瘤病灶脱离并进入人体外周循环系统，随着血液循环进入其他组织和器官，生长成新的肿瘤组织的肿瘤细胞。作为肿瘤转移的重要环节，循环肿瘤细胞不仅携带着原位肿瘤病灶的全部基因信息，并且在癌症初期就已经存在于外周血液循环系统中，被认为是癌症早期诊断和预后预测重要的生物标志物。然而，由于其稀有性和脆弱性，从复杂血液成分中高效捕获并温和释放CTCs仍充满挑战。
[0003]目前，电纺纤维由于高比表面积、可调的孔径和孔隙率等特点而被广泛应用于CTCs的检测分离，然而该方法采用的识别配体(抗体、适配体等)存在接枝繁琐、价格昂贵、容易失活等缺点，且大多数纤维材料为二维结构，其堆砌紧密、空间利用率低，使得CTCs的捕获充满挑战。除此之外，目前基于酶解、电刺激、紫外光照射等释放CTCs的方法是侵入性的，会破坏细胞活性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中接枝繁琐、价格昂贵、容易失活、堆砌紧密、破坏细胞活性的问题，本专利技术提供一种仿生三维高分子纤维网络结构及其制备方法与应用，其目的在于：实现对肿瘤细胞的高效检测和分离。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种仿生三维高分子纤维网络结构在高效捕获和无损释放循环肿瘤细胞中的应用。
[0007]一种用于高效捕获和无损释放循环肿瘤细胞仿生三维高分子纤维网络结构，包括3D
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G纤维网络，所述3D
‑
G纤维网络上设置有Fe
III
‑
TA
‑
PEG涂层。
[0008]采用上述方案，肿瘤微环境(Tumor microenvironment,TME)是肿瘤细胞生存和转移的重要生态系统，细胞外基质(Extracellular matrix,ECM)是TME的主要组成部分，它是由复杂动态的结构蛋白、糖胺聚糖和信号蛋白等多种生物大分子组成的三维(3D)纤维网络结构。此外，由于肿瘤细胞代谢相比于正常细胞更为旺盛，其在代谢过程中会产生更多的活性氧，为了避免这些活性氧对肿瘤细胞造成氧化损伤，肿瘤细胞产生了大量的谷胱甘肽(Glutathione,GSH)去及时清除过量的活性氧。因此，受肿瘤微环境3D纤维网络结构和高丰度GSH启发，具有GSH响应性的3D纤维网络有助于高效捕获和友好释放CTCs以保持其高细胞活力。
[0009]3D
‑
G纤维网络的的立体三维结构由于孔隙率较高，而使循环肿瘤细胞可以进入3D
‑
G纤维网络内部，提高材料与细胞的接触机率，进入3D
‑
G纤维网络的肿瘤细胞被Fe
III
‑
TA
‑
PEG涂层识别和捕获，这是由于TA对一些紧密缠绕的小而致密的蛋白质亲和力差，但却对序列中含有很高比例脯氨酸残基的延伸蛋白和肽具有很强的亲和力，比如唾液酸、明胶等，结合的主要驱动力是“疏水效应”，其可以通过酚环与脯氨酸上吡咯烷环形成疏水堆积，而酚羟基与蛋白质上脯氨酸的羰基之间的“氢键”作用会增强络合。因此，表面具有一层含丰富唾液蛋白、明胶等糖萼结构的循环肿瘤细胞，容易被TA识别和结合，使得TA能够广谱捕获各种类型的循环肿瘤细胞。在谷胱甘肽的作用下能够将Fe
III
‑
TA
‑
PEG涂层中的Fe
III
还原为Fe
II
，使得不可溶的Fe
III
‑
TA网络变成可溶解的Fe
II
‑
TA网络，从而促进Fe
III
‑
TA
‑
PEG涂层的降解，达到释放捕获的CTCs的目的，同时谷胱甘肽为细胞内源性的物质，具有良好的细胞相容性，能够维持释放细胞的活性，PEG用于抗白细胞粘附。
[0010]优选的，所述3D
‑
G纤维网络的孔隙率为30％
‑
70％，孔径为20
‑
60μm。
[0011]采用该技术方案后，由于癌细胞的尺寸大小为10
‑
20um左右，若孔径较小细胞无法进入孔隙，达不到提高捕获效率的目的，孔径太大会使得材料的力学性能较差，会使得孔隙容易塌陷。
[0012]一种仿生三维高分子纤维网络结构及其制备方法，包括以下步骤：
[0013]步骤A：制备3D
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L纤维网络；
[0014]步骤B：使步骤A得到的3D
‑
L纤维网络的孔隙率和孔径增大，形成3D
‑
G纤维网络；
[0015]步骤C：在3D
‑
G纤维网络上设置FeIII
‑
TA
‑
PEG涂层。
[0016]优选的，所述步骤A中通过液体接收静电纺丝技术制备3D
‑
L纤维网络。
[0017]优选的，所述液体接收静电纺丝技术中的针头为20
‑
23号针头，所述电压为11
‑
16kV，流速为0.1
‑
2.0mL/h，接受装置为导电接收基板相连的导电金属盆，接收距离为10
‑
20cm，环境温度为20
‑
30℃，湿度为50％以下。
[0018]优选的，步骤A中制备3D
‑
L纤维网络的原料为PCL，步骤A的具体步骤包括：
[0019]步骤A1：使PCL颗粒完全溶解；
[0020]步骤A2：将溶解后的PCL颗粒通过液体接收静电纺丝技术制备成3D
‑
L纤维网络，液体接收静电纺丝技术中的液体为乙醇；
[0021]步骤A3：将步骤A2得到的3D
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L纤维网络浸泡入RO水中置换出3D
‑
L纤维网络中的乙醇，并进行冷冻干燥得到干燥的3D
‑
L纤维网络。
[0022]优选的，步骤B中通过气泡发泡技术制备3D
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G纤维网络，所述气泡发泡技术的发泡液为浓度为1
‑
10mg/mL的NaBH4。
[0023]优选的，所述Fe
III
‑
TA
‑
PEG涂层通过自组装螯合作用吸附于所述3D
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G纤维网络表面。
[0024]优选的，步骤C具体包括以下步骤：
[0025]步骤C1：制备浓度为0.5
‑
2.0mg/mL TA和浓度为0.05
‑
0.2mg/mL PEG的混合水溶液以及浓度为0.5
‑
2.0mg/mL FeCl3·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生三维高分子纤维网络结构在高效捕获和无损释放循环肿瘤细胞中的应用。2.一种具有如权利1所述的应用的仿生三维高分子纤维网络结构，其特征在于，包括3D
‑
G纤维网络，所述3D
‑
G纤维网络上设置有Fe
III
‑
TA
‑
PEG涂层。3.根据权利要求2所述的一种仿生三维高分子纤维网络结构，其特征在于，所述3D
‑
G纤维网络的孔隙率为30％
‑
70％，孔径为20
‑
60μm。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述的仿生三维高分子纤维网络结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：制备3D
‑
L纤维网络；步骤B：使步骤A得到的3D
‑
L纤维网络的孔隙率和孔径增大，形成3D
‑
G纤维网络；步骤C：在3D
‑
G纤维网络上设置Fe
III
‑
TA
‑
PEG涂层。5.根据权利要求3所述的一种仿生三维高分子纤维网络结构的制备方法，其特征在于，所述步骤A中通过液体接收静电纺丝技术制备3D
‑
L纤维网络。6.根据权利要求5所述的一种仿生三维高分子纤维网络结构的制备方法，其特征在于，所述液体接收静电纺丝技术中的针头为20
‑
23号针头，所述电压为11
‑
16kV，流速为0.1
‑
2.0mL/h，接受装置为导电接收基板相连的导电金属盆，接收距离为10
‑
20cm，环境温度为20
‑
30℃，湿度为50％以下。7.根据权利要求4
‑
6任一项所述的一种仿生三维高分子纤维网络结构的制备方法，其特征在于，步骤A中制备3D
‑
L纤维网络的原料为PCL，步骤A的具体步骤包括：步骤A1：获取PCL溶液；步骤A2：将PCL溶液通过液体接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯建文，罗周颖，葛雨濛，刘霞，周绍兵，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：