ACS Mater. Lett. | 用于组织工程的胆固醇酯液晶纳米纤维- X-MOL资讯

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ACS Mater. Lett. | 用于组织工程的胆固醇酯液晶纳米纤维

材料

作者：X-MOL 2020-09-16

英文原题：Cholesteryl Ester Liquid Crystal Nanofibers for Tissue Engineering Applications

通讯作者：Paul S. Weiss (University of California, Los Angeles); Ali Khademhosseini (University of California, Los Angeles; Terasaki Institute for Biomedical Innovation); Ali Tamayol (University of Nebraska; University of Connecticut)

作者：Amir Nasajpour, Azadeh Mostafavi, Adrian Chlanda, Chiara Rinoldi, Sina Sharifi, Matthew S. Ji, Matthew Ye, Steven J. Jonas, Wojciech Swieszkowski, Paul S. Weiss, Ali Khademhosseini, and Ali Tamayol

液晶同时具有液体和固体的特性。基于液晶的材料已经成功地商业化应用于凯夫拉防弹衣和液晶显示器等产品的制造。近些年来液晶材料也被用于模拟各种生物学过程，例如上皮组织重建、细菌生物膜生长和生物衍生物材料的组装。生物毒性是液晶材料在生物应用中的一大挑战。截至目前，胆固醇酯液晶(CLC)材料尽管在调节/稳定细胞膜、维持细胞稳态等方面起着关键作用，但其应用潜力仍被很大程度上忽视。近日，来自康涅狄格大学的Ali Tamayol等作者通过将三种基于胆固醇酯的介晶分散在聚己内酯(PCL)中，开发了一种CLC静电纺丝支架材料。在这项研究中，作者通过混合胆甾醇油酰基碳酸酯，胆固醇壬酸酯和苯甲酸胆固醇脂在聚己内酯(PCL)中，利用静电纺丝技术制备了无纺胆固醇酯液晶支架(CLC-S)。通过调整组分比例，得到了中间相温度介于36–40 °C之间的液晶材料，该温度正好匹配细胞培养的温度。CLC的掺入提供了仿生界面，增强了细胞的粘附和增殖，促进了体外培养的小鼠成肌细胞肌原纤维的形成。

通过研究电喷组分中不同比例的CLC含量，在加热到37 °C时具有最高CLC浓度(50% w/v)的样品产生了光反射条纹，而更低浓度的样品则是无光泽的。UV-Vis光谱表明不同比例CLC的样品在相变温度拥有相似的光反射性质。SEM表征表明无CLC和低于临界浓度的支架材料是典型的纤维样形貌，而超出临界浓度的50%(w/v)CLC形成了线串珠样的聚集结构。由于CLC在PCL聚合物网络中受到限制，偏光显微镜下可见50% (w/v) CLC-S的双折射纹理。

图1. 胆固醇酯液晶支架(CLC-S)的制备和形貌研究

广角X射线衍射(WAXD)中漫反射带2θ的变化进一步说明了CLC在半结晶PCL网孔中的结合。接触角测量也表征了CLC-S材料的亲水性。

图2. 胆固醇酯液晶支架(CLC-S)的广角X射线衍射(WAXD)模式和接触角研究

作者同时利用原子力显微镜(AFM)研究了CLC-S在生物界面上的机械性质。根据力-距曲线，除了50％(w/v)CLC-S表现出粘弹性变形性质，其余CLC比例的支架均表现出弹性形变性质。在50％(w/v)的浓度下，CLC在支架材料薄膜内的粘弹性和热响应性的指纹状条纹是胆甾型液晶的特征。低于临界CLC浓度的CLC-S的杨氏模量约3 MPa，而超过临界浓度的50％(w/v)支架明显软化，仅为3-16 kPa。

图3. 胆固醇酯液晶支架(CLC-S)的表面和机械特性

为了评估CLC-S作为组织工程支架的生物相容性，作者在其上培养了小鼠C2C12成肌细胞。细胞在CLC-S上生长良好，且贴壁细胞数量随着CLC浓度升高而增长。50%(w/v)的CLC浓度时的细胞具有更高的弹性模量，表明更强的细胞贴附。在分化的第7天(分化前)和第14天通过F-肌动蛋白染色检验细胞组织和细胞骨架排列。结果表明CLC不仅为细胞附着创造了合适的环境，而且还刺激了细胞浸润，从而能够形成类似3D结构的细胞网络。总体而言，CLC的粘弹性力学性能、生物相容性以及CLC-S的拓扑学错位促进了可溶性细胞附着因子的沉积，从而促进了细胞粘附、增殖和分化。