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蘇大方劍、上海交大王文波 Nano Energy：壓電聚合物納米纖維的親水性修飾及其在誘導干細胞神經分化和鋪展方面取得重要進展

2022-08-16 來源：高分子科技

由于細胞對培養材料的黏附作用，細胞在運動過程中會對生物材料產生作用力。當細胞貼附于壓電聚合物納米纖維膜時，壓電納米纖維由于自身的納米結構能夠響應微小的細胞牽拉力而產生同位的電信號。壓電納米纖維產生的電信號已被證明可有效調節細胞的形態、增殖和分化等活動，而不需要添加化學誘導因子和額外的外界刺激，這為醫學治療提供了一種新思路。通常，需要對纖維結構的壓電聚合物材料進行表面改性以促進細胞的良好粘附，進而實現更有效的機電信號傳輸。然而，常見的改性一方面容易隨時間退化，另一方面會破壞壓電納米纖維的納米結構。

圖1 超聲激發PLLA納米纖維誘導聚多巴胺修飾的原理及改性材料在神經干細胞分化和擴增中的應用。 （A）壓電電荷誘導多巴胺在PLLA納米纖維上原位聚合； （B）聚多巴胺改性支架提供良好的細胞粘附條件來高效地傳輸電信號和支架的形貌信息，以促進神經干細胞的分化和取向排列。

近日，蘇州大學紡織與服裝工程學院的方劍教授和上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院王文波主治醫師在壓電聚合物納米纖維的親水性修飾及其在誘導干細胞神經分化和鋪展方面取得重要突破。相關成果以 “Piezoelectric charge induced hydrophilic poly(L-lactic acid) nanofiber for electro-topographical stimulation enabling stem cell differentiation and expansion”為題，在線發表在國際頂級期刊Nano Energy上。蘇州大學碩士生夏廣波和同濟大學博士后王國寶為共同第一作者，蘇州大學方劍教授和上海交通大學醫學院王文波主治醫師為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金面上項目和江蘇省高校自然科學研究項目重大項目的支持。

這項研究首次利用超聲激發壓電材料所產生的表面電荷對材料進行同位修飾。具體來說，是借助超聲波激發壓電左旋聚乳酸（PLLA）所產生的壓電電荷來誘導多巴胺在納米纖維上進行修飾。由于多巴胺分子和超聲波激發的壓電電荷之間的靜電相互作用，聚多巴胺（PDA）在PLLA納米纖維的表面原位改性，從而保留了其納米纖維結構（圖1 A）。相對于需要24小時才能獲得超親水表面的傳統浸涂改性工藝，壓電電荷輔助的PDA改性只需要30分鐘并且通過這種改性賦予的親水性可以在反復漂洗后持續保持。當神經干細胞在改性后的PLLA支架上培養時，PDA修飾的親水表面能夠為細胞提供較為理想的粘附條件。在此基礎上，由細胞牽拉產生的原位電刺激可誘導神經干細胞在7天內實現顯著的神經分化效果，而取向的納米纖維結構能有效促進細胞定向鋪展（圖1 B）。此外，結果還表明干細胞的分化程度和細胞沿定向納米纖維的定向生長程度與粘附條件一致。值得注意的是，分化誘導過程似乎與細胞粘附條件關系更密切，而不是納米纖維膜壓電性的強弱。這些結果揭示了細胞粘附與支架表面形貌及電信號對神經干細胞作用效果的聯系，這可能有助于未來電活性支架的設計。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522007686

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（責任編輯：xu）

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