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

文题释义：纤维素纤维：在天然单子叶植物叶脉中存在的一种叶子纤维，是由纤维素与各种营养物质结合生成的丝状或絮状物，对于植物具有支撑、连接、包裹、充填等作用。纤维素纤维具有极大的抗拉强度和耐腐蚀性，从天然植物中提取纤维素纤维，将其嵌入基质材料中作为增强纤维并形成一种绿色生物复合材料，能显著增强基质材料的力学性能。糖胺聚糖：是重复二糖单位构成的线性无分支长链多糖，其中二糖重复单元由糖苷键连接的氨基已糖和糖醛酸组成。糖胺聚糖是软骨细胞外基质糖类成分的总称，常见的糖胺聚糖包括透明质酸、硫酸皮肤素、硫酸角质素、硫酸软骨素等。糖胺聚糖上的羧酸和硫酸酯基团会使细胞外基质形成固定的负电荷密度，因此与滑液相互作用时产生渗透压。这种液体的滞留和溶胀作用，以及整齐排列的胶原纤维对糖胺聚糖施加的结构限制(即限制其位移并使其紧密堆积)是软骨组织具有极高力学强度的原因。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。ORCID: 0000-0001-5813-4819(方妤露)中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

Potential of corn husk fibers reinforced chitosan-based hydrogels in cartilage tissue engineering scaffold

BACKGROUND: How to enhance the mechanical properties of the chitosan-based hydrogels has become a focus in the field of cartilage tissue engineering. In our previous research, chitosan was modified by citric acid, which led to significant improvement in the tensile and compression strength of the modified hydrogen in wet state.