苏大方剑、上海交大王文波 Nano Energy：压电聚合物纳米纤维的亲水性修饰及其在诱导干细胞神经分化和铺展方面取得重要进展

2022-08-16 来源：高分子科技

由于细胞对培养材料的黏附作用，细胞在运动过程中会对生物材料产生作用力。当细胞贴附于压电聚合物纳米纤维膜时，压电纳米纤维由于自身的纳米结构能够响应微小的细胞牵拉力而产生同位的电信号。压电纳米纤维产生的电信号已被证明可有效调节细胞的形态、增殖和分化等活动，而不需要添加化学诱导因子和额外的外界刺激，这为医学治疗提供了一种新思路。通常，需要对纤维结构的压电聚合物材料进行表面改性以促进细胞的良好粘附，进而实现更有效的机电信号传输。然而，常见的改性一方面容易随时间退化，另一方面会破坏压电纳米纤维的纳米结构。

图1 超声激发PLLA纳米纤维诱导聚多巴胺修饰的原理及改性材料在神经干细胞分化和扩增中的应用。 （A）压电电荷诱导多巴胺在PLLA纳米纤维上原位聚合； （B）聚多巴胺改性支架提供良好的细胞粘附条件来高效地传输电信号和支架的形貌信息，以促进神经干细胞的分化和取向排列。

近日，苏州大学纺织与服装工程学院的方剑教授和上海交通大学医学院附属第九人民医院王文波主治医师在压电聚合物纳米纤维的亲水性修饰及其在诱导干细胞神经分化和铺展方面取得重要突破。相关成果以 “Piezoelectric charge induced hydrophilic poly(L-lactic acid) nanofiber for electro-topographical stimulation enabling stem cell differentiation and expansion”为题，在线发表在国际顶级期刊Nano Energy上。苏州大学硕士生夏广波和同济大学博士后王国宝为共同第一作者，苏州大学方剑教授和上海交通大学医学院王文波主治医师为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目和江苏省高校自然科学研究项目重大项目的支持。

这项研究首次利用超声激发压电材料所产生的表面电荷对材料进行同位修饰。具体来说，是借助超声波激发压电左旋聚乳酸（PLLA）所产生的压电电荷来诱导多巴胺在纳米纤维上进行修饰。由于多巴胺分子和超声波激发的压电电荷之间的静电相互作用，聚多巴胺（PDA）在PLLA纳米纤维的表面原位改性，从而保留了其纳米纤维结构（图1 A）。相对于需要24小时才能获得超亲水表面的传统浸涂改性工艺，压电电荷辅助的PDA改性只需要30分钟并且通过这种改性赋予的亲水性可以在反复漂洗后持续保持。当神经干细胞在改性后的PLLA支架上培养时，PDA修饰的亲水表面能够为细胞提供较为理想的粘附条件。在此基础上，由细胞牵拉产生的原位电刺激可诱导神经干细胞在7天内实现显著的神经分化效果，而取向的纳米纤维结构能有效促进细胞定向铺展（图1 B）。此外，结果还表明干细胞的分化程度和细胞沿定向纳米纤维的定向生长程度与粘附条件一致。值得注意的是，分化诱导过程似乎与细胞粘附条件关系更密切，而不是纳米纤维膜压电性的强弱。这些结果揭示了细胞粘附与支架表面形貌及电信号对神经干细胞作用效果的联系，这可能有助于未来电活性支架的设计。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522007686

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（责任编辑：xu）

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