【正文】 料如 PEO、 PVA用水或有機(jī)溶劑很容易被 電子紡絲 法制成納米纖維， PLGA及 PCL纖維的直徑分別為 500－ 800nm及200－ 600nm， PLGA無(wú)紡三維多孔支架的孔隙率 90%（ 圖 11－ 3）。 目前 ,利用電子紡絲技術(shù) 開發(fā) 生物醫(yī)用材料制品已成為研究的熱點(diǎn)。靜電纖維纏繞技術(shù)中絲蛋白可以在水中與 PEO混合，然后用甲醇洗滌，除去 PEO。在噴射物干燥的過(guò)程中，噴射物中靜電荷的放射狀力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于噴射物中的內(nèi)聚力，這些導(dǎo)致聚合物擴(kuò)展或分解成直徑相同的小的噴射物和電位電荷，這些小的噴射物最終在金屬樣本收集器上形成納米纖維 【 23－ 24】 。 2 電子紡絲技術(shù) 【 22】 電子紡絲 技術(shù)是通過(guò)在聚合體溶液 /融液中加入電荷懸浮微粒而制成超細(xì)的納米纖維。特點(diǎn)是其富含半胱氨酸，即富含半胱氨酸酸性分泌蛋白（ SPARC）。發(fā)現(xiàn) PA 能明顯誘導(dǎo)細(xì)胞黏附。 PA 由 a1(IV)12631277 膠原序列 GlyValGlyAspLysAsnProGlyTrpProGlyAlaPro（ IVHI）結(jié)合一個(gè)長(zhǎng)鏈單或雙羥基脂質(zhì)（ 14－ 18）組成。 , 而且晶體學(xué)上的 HA c 軸沿膠原纖維長(zhǎng)軸定向排列 , 類似與自然骨最基本的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)。在 pH=8時(shí)將二硫蘇糖醇注入 PAs，然后調(diào)整 pH=4，酸化的 PAs很快自組裝交聯(lián)固化而形成納米纖維。 由于 PAs有圓錐狀結(jié)構(gòu)和兩性分子的特點(diǎn)，可以自組裝形成圓柱狀納米纖維 , 納米纖 維直徑約為 ，長(zhǎng)度超過(guò) 1181。 (3) 含三個(gè)甘氨酸的交連部分，以提供親水性的頭基與堅(jiān)硬的交聯(lián)區(qū)域的結(jié)合 。用自組裝技術(shù)合成納米級(jí)超分子結(jié)構(gòu)，也可合成納米纖維 【 15】 。因此，納米纖維支架較傳統(tǒng)的支架更有發(fā)展前途 【 13－ 15】 ，也是本章討論的重點(diǎn)。 從多孔支架的孔形態(tài)上看，主要有纖維、多孔海綿 /泡沫、相連管狀結(jié)構(gòu)等三種 ,其中纖維支架是組織工程研究中最早采用的細(xì)胞外基質(zhì)替代物之一。納米材料制備技術(shù)可以對(duì)基質(zhì)材料表面的納米結(jié)構(gòu) (nm)進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工。以下 就對(duì)組織工程相關(guān)納米生物材料的制備及表面仿生 修飾予以介紹。為最終解決目前組織工程學(xué)研究存在的 基本問題提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持 【 34】 。組織工程學(xué)和納米科技的有機(jī)結(jié)合，標(biāo)志著組織工程學(xué)研究進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代 —— 納米組織工程學(xué)時(shí)代。其它領(lǐng)域如骨、膀胱、血管、角膜、神經(jīng)、輸尿管、肝、胰、心臟瓣膜、血細(xì)胞、食管、腸管等的研究也正處于積極的實(shí)驗(yàn)階段。它是繼細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)之后，生命科學(xué)發(fā)展史上又一個(gè)新的里程碑，標(biāo)志著醫(yī)學(xué)將走出器官移植的范疇，步入制造組織和器官的新時(shí)代，人們?cè)噲D通過(guò)組織工程學(xué)的研究，真正建造出替代人每一種組織甚至器官功能的生物性替代物。它的提出、建立和發(fā)展是對(duì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域組織、器官缺損和功能障礙傳統(tǒng)治療方法和模式的一次革 命，孕育著巨大的科學(xué)價(jià)值和廣闊的臨床應(yīng)用前景，是 21 世紀(jì)生命科學(xué)研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)之一，必將產(chǎn)生巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益 【 1－ 2】 。 但是，目前組織工程研究尚存在許多基本問題亟待解決，主要表現(xiàn)在：①生命現(xiàn)象的本質(zhì)及活 動(dòng)規(guī)律，即各種細(xì)胞、組織和器官的基本結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系；②如何調(diào)控種子細(xì)胞的特異性粘附、增殖、定向分化以使其獲得良好的生物學(xué)活性，充分發(fā)揮其特定的功能；③生長(zhǎng)因子等組織誘導(dǎo)因子的大規(guī)模制備及持續(xù)控制釋放；④具有良好表面相容性、結(jié)構(gòu)相容性、適當(dāng)生物降解性和特定生物活性的仿生“智能”基質(zhì)材料的研制，以引發(fā)人們所需的特異性、可控性生物反應(yīng)等等 【 3－ 4】 。納米組織工程學(xué)（ Nano tissue engineering）就是將納米科學(xué)與技術(shù)和組織工程學(xué)有機(jī)結(jié)合，從原子、分子水平認(rèn)識(shí)細(xì)胞和組織的基本結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系，闡明生命現(xiàn)象的本質(zhì)及活動(dòng)規(guī)律，并研制具有特定功能的仿生納米裝置和材料，為更好地恢復(fù)、維持或改善病損組織的功能奠定基礎(chǔ) 【 1－ 4】 。 在組織工程學(xué)研究中，細(xì)胞外基質(zhì)替代物即基質(zhì)材料的研究是一個(gè)至關(guān)重要的方面，是目前限制其發(fā)展和臨床應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。 納米纖維支架材料的制備 除可注射性材料以外 ,大多數(shù)組織工程支架必須預(yù)先制成多孔支架。納米材料中的維數(shù)概念與一般材料科學(xué)中的維數(shù)有所不同，納米材料根據(jù)維數(shù)的不同分為 三類： ① 零維材料指空間三維從尺度均為納米尺度的材料，如納米顆粒。在典型的結(jié)締組織中，結(jié)構(gòu)蛋白纖維，如膠原纖維和彈性蛋白纖維的直徑從幾十納米到幾百納米，這些納米級(jí)蛋白纖維相互交纏 ，形成非編織狀的網(wǎng)，為組織提供拉力和彈力。 納米纖維支架材料的制備 有三種方法合成這種納米纖維支架材料：自組裝技術(shù)，電子紡絲技術(shù)，相分離技術(shù)。 為了模擬形成 天 然骨的納米結(jié)構(gòu) , Stupp等 【 16－ 19】 應(yīng)用 pH控制的自組裝技術(shù)設(shè)計(jì)合成了一種 兩親性多肽（ PA） , 可以自組裝生成納米結(jié)構(gòu)纖維支架 。 (4) 磷酸化的絲氨酸位點(diǎn)，這些位點(diǎn)帶有大量負(fù)電荷，可以誘導(dǎo)鈣離子沉積、成核生長(zhǎng)并自組裝而成納米晶 HA。m（圖 11－ 2）。 這種離散型納米纖維能通過(guò)氧化生成二硫鍵發(fā)生交聯(lián)達(dá)到材料的自組裝 , 同時(shí)也能通過(guò)自由巰基的釋放來(lái)控制自組裝的可逆過(guò)程 。 4 圖 111兩親性多肽（ PA） 圖 112兩親性多肽自組裝形成圓柱狀納米纖維 , 納米纖維直徑約為 。膠原序列的頭端組成了三維螺旋結(jié)構(gòu)，而親脂的尾部與疏水端相結(jié)合以誘發(fā)和穩(wěn)定膠原序列頭端的三維結(jié)構(gòu)，并且因它的長(zhǎng)度和分支不同而影響 PA 超分子結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性。細(xì)胞的展開在 50％ molar 的（ IVHI） PA 雙分子層及（ C18） 2GluC2COOH3親水分子面明顯增加。其能促進(jìn)細(xì)胞增殖及血管發(fā)生。 1934 年 Formhals 首先申請(qǐng)了 電子紡絲 技術(shù)的專利。 在 電子紡絲 技術(shù)中尋找合適的溶劑相當(dāng)困難。 Huang 等用基因工程的方法合成一 條含 多次 重復(fù) 的彈 力蛋 白多 肽鏈 ，（ ValProGlyValGly ）4(ValProGlyLysGly)。研究的方向主要集中在兩方面 :一是利用電子紡絲制備的納米級(jí)纖維 ,作為細(xì)胞支架、藥物等添加劑的載以及納米級(jí)仿生材料等。Ⅰ型膠原纖維的平均直徑 250nm，天然的聚合體，如：膠原，絲蛋白，彈力蛋白衍生肽，纖維蛋白原，酪蛋白及脂肪酶甚至 DNA都可以用 電子紡絲 技術(shù)處理，生成納米纖維。 7 從生物學(xué)角度看 ,人體幾乎所有器官 (如骨、牙周組織、膠原、皮膚、軟骨等 ) 都是以納米級(jí)纖維形式存在。 最近 ,Jin等 【 30】 將人骨髓干細(xì)胞 (hBMSCs) 種植在由絲素和 PEO(聚氧乙烯 ) 共混后電子紡絲制備的纖維支架上。 1 周后發(fā)現(xiàn)細(xì)胞進(jìn)入支架 ,并產(chǎn)生大量細(xì)胞外基質(zhì)。為克服上述缺點(diǎn) ,近來(lái)Chu等人將細(xì)胞包埋在用電子紡絲法制備的雙 層纖維膜中 ,形成纖維膜 / 細(xì)胞 / 纖維膜結(jié)構(gòu)。認(rèn)為這種細(xì)胞載體可以包埋不同細(xì)胞以用于修復(fù)神經(jīng)缺陷和引導(dǎo)骨組織再生等。植入狗體內(nèi)易于內(nèi)膜化 ,沒有發(fā)現(xiàn)細(xì)化和血栓。結(jié)果顯示 ,膠原纖維支架與軟骨細(xì)胞具有良好的相容性 ,能促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng) ,并且細(xì)胞容易遷移到支架內(nèi)部。 溶液噴絲法可制備具有一定厚度和形狀的無(wú)紡布 , 有一定的力學(xué)性能 , 加工成型安全 而且容易操作 , 與溶液澆鑄－粒子浸出法制備的多孔支架相比 , 無(wú)紡布支架連通性好 , 有利于細(xì)胞的黏附以及營(yíng)養(yǎng)和代謝產(chǎn)物的進(jìn)出。 相分離 /冷凍干燥法孔尺寸往往偏小 ,但該法避免了高溫 ,因而得到了研究者的重視。 纖維直徑約 50－ 500nm，孔隙率大于 98％（ a: SEM 500， b: SEM 20K）。其它過(guò)程的改變，如：溶劑，聚合體的類型，聚合物的濃度 ，溶質(zhì)的改變，熱處理及操作程序的改變等，都可以影響多孔泡沫的形態(tài)。④將溶劑置換后的凝膠移至冰箱中冷凍一段時(shí)間 。 溶液冷凍干燥法用于多孔支架制備時(shí) ,所得 支架孔尺寸往往小于 100μ m。某種蛋白對(duì)納米纖維支架的特殊親和力表示這種結(jié)構(gòu)可以作為一種選擇性的酶作用底物，增加 ECM與細(xì)胞間的相互作用?？捉Y(jié)構(gòu)的影響 因素主要有油水比、聚合物分子量。 應(yīng)用相分離技術(shù)可制備出 相連管狀孔道結(jié)構(gòu)，并具有納米纖維孔壁結(jié)構(gòu)。與通常的快速成型技術(shù)不同的是 ,首先形成的是最終的多孔支架的“負(fù)”復(fù)制品。通過(guò)控制孔隙結(jié)構(gòu)間纖維的直徑來(lái)控制支架的形狀，通過(guò)操作系統(tǒng)良好的控制，可一步一步獲得任意形狀的支架。通過(guò)天然細(xì)胞外基質(zhì)與合成生物可降解聚合物的比較，納米支架可增加細(xì)胞的黏附，遷移，生長(zhǎng)，功能，以及可控降解率，親水性，以及適應(yīng)特殊用途的機(jī)械性能。 在 電子紡絲 技術(shù)中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)（聚合體濃度，聚合體溶液的流動(dòng)速率，溶劑的導(dǎo)電率，溫度等等）來(lái)控制納米纖維的直徑。當(dāng)前研制直徑為幾納米的納米纖維是研究的重點(diǎn)，它在組織工程支架，防護(hù)服，高性能超慮膜等方面有廣闊的應(yīng)用前景。因此，在組織工程支架上控制細(xì)胞的方向是非常重要的。 Xu等 【 43】 發(fā)現(xiàn)在定向排列的聚合體納米纖維上比任意方向的納米纖維上有更多的平滑肌細(xì)胞黏附與增殖。柱形拉出及退火的納米纖維不僅能增強(qiáng)纖維的方向而且能增強(qiáng)晶體的方向。 納米纖維基質(zhì)的生物相容性 目前對(duì)納米纖維基質(zhì)的生物相容性的研究多集中在在納米纖維基質(zhì)中進(jìn)行體外細(xì)胞培養(yǎng)，以評(píng)價(jià)細(xì)胞黏附，增殖，基因表達(dá)及分泌細(xì)胞外基質(zhì)的功能。 Li 等 【 49－ 51】 在 PLGA 或 PCL 納米纖維上培養(yǎng)成纖維細(xì)胞，軟骨細(xì)胞，骨髓衍生的間充質(zhì)干細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：納米纖維的結(jié)構(gòu)能夠支持細(xì)胞的黏附和增殖。Yoshimoto 等 【 52】 將鼠脊髓間充質(zhì)干細(xì)胞種植到 PCL 納米纖維上，在成骨的培養(yǎng)基中動(dòng)態(tài)培養(yǎng)， 1 周后發(fā)現(xiàn)細(xì)胞有深入納米纖維基質(zhì)的趨勢(shì)。平滑肌細(xì)胞在納米纖維基質(zhì)中培養(yǎng) 7天后發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞滲入基質(zhì)并整合于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。因此，對(duì)納米纖維進(jìn)行修飾就是通過(guò)材料表面與細(xì)胞間相互作用的角度來(lái)調(diào)控細(xì)胞的黏附，遷移，分化及增殖?；钚苑肿尤缟L(zhǎng)因子，藥物和基因可直接混入聚合體溶液。Sanders 等 【 60】 通過(guò)血漿誘導(dǎo)來(lái)改變 PU 纖 維表面的陰陽(yáng)極電荷，制成聚合體網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)，植入小鼠皮下， 5 周后發(fā)現(xiàn)負(fù)電荷的表面容易有脈管長(zhǎng)入。 綜上所述，納米組織工程材料制備技術(shù)是一門新興的技術(shù)，還有許多丞待解決的問題。 15 通過(guò)將特定信號(hào)識(shí)別功能的生物分子與現(xiàn)有材料結(jié)合，即對(duì)表面進(jìn)行分子設(shè)計(jì)和修飾，制成新一代的有特定修復(fù)功能的“智能”材料，可減少不必要的界面反應(yīng)，使表面結(jié)構(gòu)具有有序性、特定分子間的可識(shí)別性和運(yùn)動(dòng)性，增加表面相容性和生物活性，并能對(duì)環(huán)境 中的生化、力學(xué)等各種刺激信號(hào)作出響應(yīng)，以產(chǎn)生人們所需的特異性、可控性生物反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)理想的功能替代。 細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)間粘連不僅使其保持形態(tài) ,還起著細(xì)胞間信息傳送和功能調(diào)節(jié)的重要作用。 從仿生的角度出發(fā) ,組織工程支架可視為人工細(xì)胞外基質(zhì) (ECMs) ,表面修飾旨在抑制非特異性相互作用 ,引入特異性相互作用位點(diǎn) ,使人工 ECMs 在體內(nèi)生理環(huán)境中發(fā)揮其功能。細(xì)胞首先要在支架表面黏附上 ,才能夠增殖和分泌細(xì)胞外基質(zhì)。 細(xì)胞的粘連 , 可分為 ECM結(jié)合、內(nèi)皮細(xì)胞粘連和細(xì)胞間的粘連 3類。黏著斑由整連蛋白作為主要黏附受體和相關(guān)細(xì)胞質(zhì)斑蛋白包括踝 蛋白、紐蛋白、α － 肌動(dòng)蛋白、張力蛋白、樁蛋白和大量蛋白激酶組成。自然界中 ,各種細(xì)胞大都以蛋白質(zhì)作為其分子識(shí)別介質(zhì)，其中 主要基于整聯(lián)蛋白與 ECM中配體的相互識(shí)別 ,實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞。 根據(jù)組織工程對(duì)生物材料的基本要求 ,需要抑制非特異性相 互作用而構(gòu)建特異性識(shí)別位點(diǎn) ,以誘發(fā)細(xì)胞和組織響應(yīng)。小到原子、分子、細(xì)胞 ,大到組織 ,它們的空間結(jié)構(gòu)構(gòu)建都遵循著應(yīng)力平衡原則。而 Kieswetter 等運(yùn)用掃描電鏡觀察成骨細(xì)胞在不同粗糙度生物材料表面的形態(tài)證實(shí) ,細(xì)胞在光滑、平整的材料表面較粗糙的材料表面上更容易伸展成連續(xù)的細(xì)胞層。細(xì)胞與材料間的黏附是以蛋白質(zhì)為介導(dǎo)而發(fā)生的 ,過(guò)于良好的親水性表面不利于蛋白質(zhì)的吸附 ,因此適宜細(xì)胞黏附、生長(zhǎng)的表面有一最佳的親水 / 疏水平衡值 ,此值因不同種類細(xì)胞而異。 Satriano 等采用 52keV 氬離子束照射聚羥基甲基硅氧烷和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯 ,優(yōu)化了基體材料的表面自由能參數(shù) ,促進(jìn)了人真皮 成纖維細(xì)胞在改性材料上的黏附和增殖。 7 生物材料表面的化學(xué)基團(tuán) 聚合物材料表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)是影響細(xì)胞的黏附、生長(zhǎng)的另一重要因素。由于磺酸基能模擬肝素的生理活性而顯示出較好的促進(jìn)細(xì)胞黏附和生長(zhǎng)的性質(zhì)。 生物材料表面修飾的理化方法 【 63－ 64】 生物材料表面的理化性質(zhì)對(duì)材料的組織相容性有著重要影響。 目前 ,高分子生物材料的表面修飾大致有如下幾條途徑 : 1 物理包被法 通過(guò)一個(gè)能連續(xù)循環(huán)浸漬的裝置 ,將溶液中的化學(xué)成分通過(guò)物理吸附力 (范德華力、靜電作用、親 / 疏水相互作用等 ) 的作用引入生物材料最外層表面。 Yang 等物理包被 RGD 多肽修飾聚乳酸 － 賴氨酸 ( PLA－ PLL) 三維支架材料 ,體外培養(yǎng)骨細(xì)胞 ,發(fā)現(xiàn)骨細(xì)胞遷移、擴(kuò)增和分化良好。然后用非溶劑相浸泡 ,使高聚物表面鏈段收縮 ,溶脹現(xiàn)象消失。培養(yǎng)軟骨細(xì)胞后發(fā)現(xiàn) ,細(xì)胞的黏附、增殖和活性明顯提高。大量的研究集中在材料表面接枝親水性單體 ,以改善材料表面的親水性 ,提高其細(xì)胞親和力。為達(dá)到只在表面層進(jìn)行選擇性接枝 ,必須控制自由基的數(shù)量和濃度及單體的擴(kuò)散與滲透僅限于表面層發(fā)生。偶合接枝是一種簡(jiǎn)單可行的方法 ,化學(xué)鍵共價(jià)