华南理工大学广东省功能与智能杂化材料与器件重点实验室

发表期刊：《Journal of Colloid and Interface Science》

经典组织工程设计方法

“组织重生”、“器官重建”，不同于传统医学的“创口修复”思路，组织工程是应用生命科学和工程学的原则及方法，利用细胞与生物材料重建相应的器官或组织，从而达到修复的目的。自组织工程的概念被提出来之后，这种无创修复的新模式正在逐步的改变传统医学，使其成为再生医学发展史中的重要学科。

从机体获取少量的活体组织后，用特殊的方法将细胞从组织中分离出来在体外进行培养扩增，然后将细胞与具有良好生物相容性、可降解性、可吸收性的生物材料支架混合，通过体外培养的方式再造或修复器官组织。近年来，已有报道可以通过组织工程技术再造骨、软骨、皮肤、肾、肝等组织器官。在利用组织工程修复器官的过程中，生物材料支架的性能至关重要，其所形成的三维结构能够为细胞获取营养、生长和代谢提供了一个良好的环境。

在生物材料支架的研究应用中，通过深入研究生物医用材料的组成、多级结构、表面状态、降解特性、力学特性与细胞学行为及组织修复之间的关系及相互作用机制，能够为新型生物医用材料的功能化设计和可靠评价提供基础理论依据。

对于医用生物材料，其与人体的肌体反应首先发生在表界面处，因此如何通过控制材料表界面调控细胞行为是生物材料研究领域的基础和核心科学问题。对于亚细胞尺度的表面结构，结构的尺寸、形状和排列与细胞习性有着强烈的响应关系，能否通过表面拓扑结构对细胞迁移、粘附、增殖进行区域特异性调控，这是复杂组织工程生物材料设计中的一个重要议题。

梯度微纳拓扑形貌 BCP 纤维支架对细胞行为的区域特异性调控

华南理工大学广东省功能与智能杂化材料与器件重点实验室的研究人员成功研发出了一种具有梯度变化微纳拓扑形貌的共聚物纤维支架，并利用这种形貌实现对内皮细胞的行为进行操纵。相关成果已撰写为论文《具有梯度微纳拓扑结构的嵌段共聚物纤维支架用于区域特异性细胞调控》（Micro-and-nanometer topological gradient of block copolymer fibrous scaffolds towards region-specific cell regulation），发表在《Journal of Colloid and Interface Science》上。

论文：《具有梯度微纳拓扑结构的嵌段共聚物纤维支架用于区域特异性细胞调控》

区域特异性细胞调控嵌段共聚物纤维支架的制备示意图

实验人员以苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）为原料，通过静电纺丝法制得 SEBS 纤维。如下图所示，利用飞纳台式扫描电镜对不同条件下制得的纤维进行观察，结果显示收集器转速越快，纤维取向越高（电镜图片的 FFT 结果也很好地说明了这一点），利用纤维统计分析测量软件对电镜图中的纤维直径进行测量还可以得到其直径分布图。

不同收集条件制得的 SEBS 纤维性能分析

对于高转速条件下收集到具有高取向度的纤维材料，利用选择性溶剂退火的方法，通过自组装的原理，可以得到具有微纳拓扑结构的生物支架。利用飞纳台式扫描电镜和原子力显微镜观察发现，随着退火时间的增加，纤维单体逐步融合并最终形成连续的薄膜；纤维表面发生微相分离，退火时间越长，生成的纳米结构越明显。与未退火的单一尺度的纤维支架相比，这些具有微纳拓扑结构的纤维支架在细胞培养实验中被证实能够促进内皮细胞的迁移、粘附和铺展。

不同选择性溶剂退火时间对纤维形貌的影响

不同溶剂退火时间纤维支架形貌和培养 3 天后内皮细胞分布状态