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Soft nanofiber modified micropatterned substrates enhance nativelike endothelium maturation via CXCR4/calcium-mediated actin cytoskeleton assembly

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Nano Research 2023年第1期16卷 792-809页

作者： bingcheng yi Boya Zhou Wufei Dai Xinwu Lu Wei Liu Department of Vascular Surgery Shanghai Ninth People’s HospitalShanghai Jiao Tong University School of MedicineShanghai 200011China Department of Plastic and Reconstructive Surgery Shanghai Key Laboratory of Tissue EngineeringShanghai Ninth People’s HospitalShanghai Jiao Tong University School of MedicineShanghai 200011China

Regeneration and maturation of native-like endothelium is crucial for material-guided small-diameter vascular *** parallel-microgroove-patterned(micropatterned)substrates are capable of promoting endothelial regeneration with native-like endothelial cell(EC)alignment,their unbefitting high-stiffness acutely inhibits cell–matrix interaction and endothelial *** that the sufficient softness of nanofibers allows cells to deform the local matrix architecture to satisfy cell survival and functional requirements,in this study,an effective strategy of decorating micropatterned substrate with soft nanofibers was exploited to enhance cell–matrix interaction for engineering healthy *** demonstrated that the micropatterned nanofibrous membranes were successfully obtained with high-resolution parallel microgrooves(groove width:~15μm;groove depth:~5μm)and adequate softness(bulk modulus:2.27±0.18 MPa).This particular substrate markedly accelerated the formation and maturation of confluent native-like endothelium by synchronously increasing cell–cell and cell–matrix *** analysis revealed that compared with smooth features,the microgrooved pattern was likely to promote endothelial remodeling via integrinα5-mediated microtubule disassembly and type I interleukin 1 receptormediated signaling pathways,whereas the nanofibrous pattern was likely to guide endothelial regeneration via integrinα5β8-guided actin cytoskeleton ***,endowing micropatterned substrate with soft nanofibers was demonstrated to accelerate endothelial maturation via chemokine(C-X-C motif)receptor 4/calcium-mediated actin cytoskeleton ***,numerical simulation results of hemodynamics indicated the positive impact of the micropatterned nanofibers on maintaining stable ***,our current work supports an affirmation that the micropatterned nanofibrous substrates can significantly promote regeneration

关键词： small-diameter vascular grafts parallel microgrooves nanofibers cell-matrix interaction endothelial regeneration

Step-wise CAG@PLys@PDA-Cu^(2+)modification on micropatterned nanofibers for programmed endothelial healing

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Bioactive Materials 2023年第7期25卷 657-676页

作者： bingcheng yi Boya Zhou Zhenfeng Song Lei Yu Wenbo Wang Wei Liu Department of Plastic and Reconstructive Surgery Shanghai Key Laboratory of Tissue EngineeringShanghai Ninth People’s HospitalShanghai Jiao Tong University School of MedicineShanghai200011China Department of Vascular Surgery Shanghai Ninth People’s HospitalShanghai Jiao Tong University School of MedicineShanghai200011China

Native-like endothelium regeneration is a prerequisite for material-guided small-diameter vascular *** this study,a novel strategy is proposed to achieve phase-adjusted endothelial healing by step-wise modification of parallel-microgroove-patterned(i.e.,micropatterned)nanofibers with polydopamine-copper ion(PDA-Cu^(2+))complexes,polylysine(PLys)molecules,and Cys-Ala-Gly(CAG)peptides(CAG@PLys@PDA-Cu^(2+)).Using electrospun poly(L-lactide-co-caprolactone)random nanofibers as the demonstrating biomaterial,step-wise modification of CAG@PLys@PDA-Cu^(2+)significantly enhanced substrate wettability and protein adsorption,exhibited an excellent antithrombotic surface and outstanding phase-adjusted capacity of endothelium regeneration involving cell adhesion,endothelial monolayer formation,and the regenerated endothelium *** in vivo implantation for segmental replacement of rabbit carotid arteries,CAG@PLys@PDA-Cu^(2+)modified grafts(2 mm inner diameter)with micropatterns on inner surface effectively accelerated native-like endothelium regeneration within 1 week,with less platelet aggregates and inflammatory response compared to those on non-modified *** observations at 6-and 12-weeks post-implantation demonstrated a positive vascular remodeling with almost fully covered endothelium and mature smooth muscle layer in the modified vascular grafts,accompanied with well-organized extracellular *** contrast,non-modified vascular grafts induced a disorganized tissue formation with a high risk of *** summary,step-wise modification of CAG@PLys@PDA-Cu^(2+)on micropatterned nanofibers can significantly promote endothelial healing without inflicting thrombosis,thus confirming a novel strategy for developing functional vascular grafts or other blood-contacting materials/devices.

关键词： Surface chemistry Anisotropic topography Step-wise modification Endothelial healing Functional vascular grafts

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含骨脱细胞基质电纺纤维的成骨性能

高等学校化学学报 2020年第4期41卷 780-788页

作者：秦春萍王先流唐寒易兵成刘畅张彦中东华大学化学化工与生物工程学院上海201620

通过脱细胞技术制备了猪骨脱细胞基质(DBM),用胃蛋白酶消化DBM使其变为可溶形式,采用静电纺丝技术制备了含有DBM的左旋聚乳酸(PLLA)电纺纤维(PLLA/DBM),并对PLLA/DBM的形貌、亲水性、细胞相容性、成骨性能和体外矿化能力进行评价.研究... 详细信息

通过脱细胞技术制备了猪骨脱细胞基质(DBM),用胃蛋白酶消化DBM使其变为可溶形式,采用静电纺丝技术制备了含有DBM的左旋聚乳酸(PLLA)电纺纤维(PLLA/DBM),并对PLLA/DBM的形貌、亲水性、细胞相容性、成骨性能和体外矿化能力进行评价.研究结果表明,脱细胞处理能够有效去除骨组织中的细胞成分,使DNA含量显著下降.DBM经胃蛋白酶处理后溶于六氟异丙醇(HFIP),可进行静电纺丝,制备的PLLA/DBM[m(PLLA)∶m(DBM)=10∶0,9∶1,7∶3,5∶5]电纺纤维具有良好的亲水性,且无细胞毒性,对骨髓间充质干细胞的黏附及成骨分化有明显的诱导促进作用,体外生物矿化效果优良.

关键词：细胞外基质骨脱细胞基质静电纺丝骨组织工程

电纺纤维的刚度对iPS-MSCs黏附和迁移的影响

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高等学校化学学报 2018年第4期39卷 807-816页

作者：余哲泡袁卉华易兵成王先流张赵文斌张彦中东华大学化学化工与生物工程学院上海201620

采用退火处理方法调控电纺聚左旋乳酸(PLLA)纤维的刚度,研究了纤维刚度变化对诱导多能干细胞来源的间充质干细胞(iPS-MSCs)的形貌、增殖和迁移行为的影响.结果表明,退火处理对纤维的直径影响不大[退火前(1.26±0.25)μm,退火后(1.24±0.... 详细信息

采用退火处理方法调控电纺聚左旋乳酸(PLLA)纤维的刚度,研究了纤维刚度变化对诱导多能干细胞来源的间充质干细胞(iPS-MSCs)的形貌、增殖和迁移行为的影响.结果表明,退火处理对纤维的直径影响不大[退火前(1.26±0.25)μm,退火后(1.24±0.26)μm],但提高了纤维结晶度和力学性能,导致纤维刚度增加1.73倍.将iPS-MSCs在退火处理的纤维支架上培养24 h后的细胞骨架铺展面积及7 d后的细胞增殖分别是未处理前的1.78和1.18倍.纤维刚度的提高影响iPS-MSCs的迁移并促进迁移相关基因Integrinβ1,Rho A和Rock1的表达上调.通过退火处理提高电纺PLLA纤维刚度可作为仿生支架构建中调控细胞生物功能的一个重要手段.

关键词：电纺纤维纤维刚度诱导多能干细胞来源的间充质干细胞细胞黏附细胞迁移

具有形状记忆效应的仿生复合纳米纤维的制备与性能评价

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高等学校化学学报 2018年第7期39卷 1554-1563页

作者：周颖王先流易兵成余哲泡杨上莹沈炎冰张彦中东华大学化学化工与生物工程学院上海201620

将乳酸-己内酯共聚物(PLCL)、羟基磷灰石(HAp)和胶原(Col)(质量比92.5∶5∶2.5)通过静电纺丝法制备出PLCL/HAp/Col三元复合纳米纤维,表征了其形貌结构、热稳定性、力学性能、形状记忆和生物学性能,探讨了其作为一种新型仿生支架用于骨... 详细信息

将乳酸-己内酯共聚物(PLCL)、羟基磷灰石(HAp)和胶原(Col)(质量比92.5∶5∶2.5)通过静电纺丝法制备出PLCL/HAp/Col三元复合纳米纤维,表征了其形貌结构、热稳定性、力学性能、形状记忆和生物学性能,探讨了其作为一种新型仿生支架用于骨组织再生的可能性.结果表明,所制备的复合纳米纤维形貌均一、直径约为500 nm,HAp和Col被嵌入PLCL纤维基体中.生物活性成分HAp及Col的引入可使PLCL纤维的玻璃化转变温度(Tg,即形状记忆转变温度Ttran)维持在～38℃,而力学性能则获得显著提高[杨氏模量从(95.77±1.24)MPa增加到(111.97±4.45)MPa].PLCL/HAp/Col复合纳米纤维具有较好的形状固定率(>99%)和形状回复率(>96%).生物学评价表明,HAp及Col的加入有利于大鼠源骨髓间充质干细胞(r BMSCs)的黏附与增殖,也能增强碱性磷酸酶(ALP)、Col的表达和矿物沉积.本文为进一步研究PLCL/HAp/Col的生物力学效应奠定了基础.

关键词：形状记忆聚合物仿生复合纳米纤维静电纺丝骨组织工程骨髓间充质干细胞生物矿化

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形状记忆取向纤维膜的形状回复力调控

功能高分子学报 2020年第1期33卷 46-53页

作者：霍影王先流易兵成沈炎冰张彦中东华大学化学化工与生物工程学院

将生物可降解左旋聚乳酸(PLLA)与聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)通过稳定射流电纺(SJES)技术制备取向的PLLA/PHBV复合纤维,并评价了其形状记忆性能。基于形状记忆聚合物的形状编程原理,对该PLLA/PHBV取向纤维进行不同应变的高温拉伸和低温... 详细信息

将生物可降解左旋聚乳酸(PLLA)与聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)通过稳定射流电纺(SJES)技术制备取向的PLLA/PHBV复合纤维,并评价了其形状记忆性能。基于形状记忆聚合物的形状编程原理,对该PLLA/PHBV取向纤维进行不同应变的高温拉伸和低温固定处理,得到不同拉伸应变的取向纤维,并对其形貌、拉伸力学、分子取向度及形状回复力等进行表征测试。结果表明:利用SJES技术制备的PLLA/PHBV取向纤维具有良好的形状记忆性能,形状固定率和形状回复率分别为(96.79±0.64)%和(71.64±8.87)%。经不同拉伸应变编程处理的PLLA/PHBV取向纤维的形状回复应力从0(ε=0)分别增加到(5.32±0.32)MPa(ε=40%)、(7.63±0.26)MPa(ε=70%)和(9.24±0.13)MPa(ε=100%),证明通过改变拉伸应变可以实现对取向纤维形状回复力的调控。

关键词：形状记忆聚合物形状回复力电纺丝取向纤维膜肌腱组织工程

玉米壳纤维增强壳聚糖基水凝胶应用于软骨组织工程支架的潜力

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中国组织工程研究 2020年第34期24卷 5493-5501页

作者：方妤露易兵成沈炎冰唐寒张彦中东华大学化学化工与生物工程学院上海市201620

背景:如何增强水凝胶的力学性能是软骨组织工程领域的一个研究热点。课题组前期采用柠檬酸对壳聚糖水凝胶进行改性,显著提升了改性后的水凝胶在湿态下的拉伸和压缩力学性能。目的:观察用天然玉米壳来源的纤维素纤维增强柠檬酸改性壳聚... 详细信息

背景:如何增强水凝胶的力学性能是软骨组织工程领域的一个研究热点。课题组前期采用柠檬酸对壳聚糖水凝胶进行改性,显著提升了改性后的水凝胶在湿态下的拉伸和压缩力学性能。目的:观察用天然玉米壳来源的纤维素纤维增强柠檬酸改性壳聚糖水凝胶的力学提升效果,以及其作为软骨组织工程支架的潜力。方法:采用冷冻-解冻法分别制作柠檬酸改性壳聚糖水凝胶与纤维素纤维/柠檬酸改性壳聚糖复合水凝胶(其中纤维素纤维与柠檬酸改性壳聚糖的质量比分别为1∶1和2∶1),表征这些水凝胶的结构与力学性能。将兔软骨细胞接种于3种水凝胶表面,通过活死细胞染色、CCK-8检测、扫描电镜等方法分析水凝胶的细胞相容性,通过胶原免疫荧光染色与糖胺聚糖定量检测分析水凝胶促软骨细胞功能表达的能力。结果与结论:①随着纤维素纤维加入比例的增加,柠檬酸改性壳聚糖水凝胶的孔隙率、平衡溶胀率、降解速率逐渐降低,干态或湿态下的抗压强度、杨氏模量逐渐升高;②活死细胞染色显示,接种7 d后软骨细胞在3种水凝胶表面增殖良好;③CCK-8检测显示,随着纤维素纤维加入比例的增加,柠檬酸改性壳聚糖水凝胶中的细胞增殖逐渐降低;④扫描电镜观察显示,柠檬酸改性壳聚糖水凝胶上的软骨细胞保持椭圆形,呈单个、稀疏地分布在水凝胶片层表面;在纤维素纤维/柠檬酸改性壳聚糖复合水凝胶上的软骨细胞多数呈完全铺展的形貌;⑤接种28 d后,随着纤维素纤维加入比例的增加,柠檬酸改性壳聚糖水凝胶上软骨细胞的Ⅰ型胶原表达逐渐降低,Ⅱ型胶原表达逐渐升高,而糖胺聚糖含量无明显变化;⑥结果表明,纤维素纤维/柠檬酸改性壳聚糖复合水凝胶具有较好的机械强度,有作为软骨组织工程支架的应用潜力。

关键词：玉米外壳纤维素纤维壳聚糖水凝胶改性力学性能软骨组织工程

用高度取向石墨烯/聚乳酸(Gr/PLLA)复合超细纤维构建神经导管

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高等学校化学学报 2016年第5期37卷 972-982页

作者：张会兰易兵成王先流李碧云余哲泡娄向新张彦中东华大学化学化工与生物工程学院上海201620

制备了一种高度取向的石墨烯(Gr)/聚乳酸(PLLA)复合超细纤维,并构建了神经导管,研究了Gr/PLLA促进神经细胞生长与分化的协同诱导作用.研究结果表明,Gr/PLLA具有较好的纤维形貌与取向度;Gr的引入提高了纤维的热性能及力学性能;Gr加入量(... 详细信息

制备了一种高度取向的石墨烯(Gr)/聚乳酸(PLLA)复合超细纤维,并构建了神经导管,研究了Gr/PLLA促进神经细胞生长与分化的协同诱导作用.研究结果表明,Gr/PLLA具有较好的纤维形貌与取向度;Gr的引入提高了纤维的热性能及力学性能;Gr加入量(≤1%)的增加及纤维取向度的提高使雪旺细胞(SCs)的黏附数量及伸展比例均呈增加趋势;Gr/PLLA纤维可促进SCs的增殖,雪旺细胞在96 h时达到最佳生长状态,表明Gr/PLLA纤维具有较好的细胞相容性.基于细胞形貌及轴突数量统计发现,Gr/PLLA纤维也能促进大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤(PC12细胞)的神经分化.直径为2 mm的Gr/PLLA纤维导管具有较好的纤维取向度和抗压能力,能促进细胞沿管轴方向取向生长.

关键词：静电纺丝取向纤维石墨烯/聚乳酸复合超细纤维协同效应神经组织工程

Lys-GO对PLCL形状记忆纤维的力学增强和成骨诱导作用

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功能高分子学报 2020年第5期33卷 483-491页

作者：刘畅易兵成王先流沈炎冰秦春萍张彦中东华大学化学化工与生物工程学院上海201620

将氧化石墨烯(GO)与具形状记忆特性的乳酸-己内酯共聚物(PLCL)混合电纺制备了GO/PLCL复合纤维。然后将碱性氨基酸—赖氨酸(Lys)通过化学方法与GO共价嫁接得到Lys-GO后电纺引入到PLCL纤维中,形成Lys-GO/PLCL复合纤维,并对其力学性能、形... 详细信息

将氧化石墨烯(GO)与具形状记忆特性的乳酸-己内酯共聚物(PLCL)混合电纺制备了GO/PLCL复合纤维。然后将碱性氨基酸—赖氨酸(Lys)通过化学方法与GO共价嫁接得到Lys-GO后电纺引入到PLCL纤维中,形成Lys-GO/PLCL复合纤维,并对其力学性能、形状记忆性能、酸度中和能力以及成骨分化效果等进行了表征和检测。结果表明:将GO引入到PLCL纤维中后,与PLCL膜相比,GO/PLCL纤维膜的杨氏模量提高了28.4%,形状回复力提高了28.3%;而Lys-GO的引入不仅在维持GO/PLCL纤维膜基本性能的前提下显著减缓PLCL的降解导致的酸性问题,而且增强了纤维支架的细胞相容性和成骨分化功效。

关键词：电纺形状记忆纤维氧化石墨烯赖氨酸骨组织工程