Новости

May 10, 2023

Модификация поверхности нановолокон поликапролактона посредством гидролиза и аминолиза: сравнительное исследование структурных характеристик, механических свойств и клеточных характеристик

Научные отчеты, том 13,

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9434 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Гидролиз и аминолиз — два основных широко используемых химических метода модификации поверхности гидрофобных тканеинженерных каркасов. Тип химических реагентов, а также их концентрация и время обработки являются основными факторами, определяющими воздействие этих методов на биоматериалы. В настоящем исследовании электропряденые нановолокна поли(ℇ-капролактона) (PCL) были модифицированы посредством гидролиза и аминолиза. В качестве химических растворов для гидролиза и аминолиза использовали NaOH (0,5–2 М) и гексаметилендиамин/изопропанол (ГМД/ИПА, 0,5–2 М) соответственно. Для обработки гидролизом и аминолизом были заранее определены три различные точки времени инкубации. По результатам сканирующей электронной микроскопии морфологические изменения проявлялись только при более высоких концентрациях гидролизного раствора (1 М и 2 М) и увеличении продолжительности обработки (6 и 12 ч). Напротив, обработка аминолизом вызвала небольшие изменения в морфологических особенностях нановолокон PCL, полученных электропрядением. Несмотря на то, что гидрофильность поверхности нановолокон PCL была заметно улучшена с помощью обоих методов, результирующее влияние гидролиза было сравнительно более значительным. Как правило, как гидролиз, так и аминолиз приводят к умеренному снижению механических характеристик образцов PCL. Анализ энергодисперсионной спектроскопии показал элементарные изменения после обработки гидролизом и аминолизом. Однако результаты рентгеновской дифракции, термогравиметрического анализа и инфракрасной спектроскопии не показали заметных изменений после обработки. Клетки фибробластов были хорошо распределены и имели веретенообразную форму в обеих обработанных группах. Кроме того, согласно анализу 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенилтетразолия бромида (МТТ), процедуры обработки поверхности улучшают пролиферативные свойства нановолокон PCL. Эти результаты показывают, что образцы нановолокон PCL, модифицированные гидролизом и аминолизом, можно рассматривать как потенциально благоприятные кандидаты для применения в тканевой инженерии.

Тканевая инженерия — это междисциплинарный подход, целью которого является улучшение восстановления и/или регенерации поврежденных тканей с использованием комбинации инженерных каркасов, клеток и соответствующих физико-химических и биохимических агентов. Среди этих факторов каркасы играют решающую роль в процессе регенерации, обеспечивая потенциально подходящий субстрат для адгезии, пролиферации, дифференцировки, миграции и выполнения желаемых функций клеток1,2.

Появление наноматериалов произвело революцию в подходах к тканевой инженерии благодаря присущим им возможностям разработки более желательных каркасов. Наноструктуры — это инновационные материалы с точно подобранными характеристиками, которые можно использовать в качестве каркасов и средств доставки лекарств в тканевой инженерии. В последние годы был разработан и оценен широкий спектр наноструктур для применения в тканевой инженерии3,4,5. Среди них электропряденые нановолокна были замечены беспрецедентно благодаря некоторым уникальным свойствам, таким как высокое соотношение поверхности к объему, имитация нативного внеклеточного матрикса (ECM) и возможность изготовления из широкого спектра природных, синтетических и синтетических материалов. полусинтетические полимеры различной геометрии, морфологии и архитектуры6,7,8,9. Кроме того, их можно нагружать, включать и функционализировать с помощью лекарств и широкого спектра терапевтических агентов во время или после процесса изготовления10,11,12,13,14.

Полученные нановолокнистые каркасы из природных полимерных источников показали многообещающую биосовместимость, высокую скорость биодеградации и благоприятное взаимодействие с клетками. Однако эти структуры обычно страдают от изменений исходного полимера от партии к партии, а также плохих механических свойств полученного каркаса15,16. Альтернативно, нановолокна некоторых синтетических полимеров (полиэфиров), таких как полигликолевая кислота (PGA), полимолочная кислота (PLA) и поли(ε-капролактон) (PCL), могут быть полезными кандидатами для целей тканевой инженерии. Например, полученные нановолокна из PCL, как полукристаллического линейного полиэфира, имеют большой потенциал для обеспечения желаемых механических характеристик наряду с надлежащей биосовместимостью и поведением биоразложения17,18.