DOI: 10.1002/adhm.201901228
目前正在探索通过静电纺丝制备纤维支架来修复致密结缔组织内的损伤。然而，对于最能支持组织修复的适合的支架特性，仍有许多需要理解的地方。本文研究了电纺纤维的刚度对细胞侵入纤维支架的影响。具体来说，柔软和坚硬的电纺纤维网络是由交联甲基丙烯酸透明质酸（MeHA）制成的，其中刚度是通过MeHA的交联程度而改变的。研究了半月板纤维软骨细胞（MFC）对纤维网络的粘附和迁移，其中较软的MeHA纤维网络很容易通过细胞牵引变形和致密化，而较硬的MeHA纤维网络在与半月板组织相邻的几周内支持约50%的MFC入侵。当支架夹在半月板组织之间并皮下植入时，与较软的MeHA纤维网络相比，较硬的MeHA纤维网络在4周后再次支持增强的细胞入侵和更大的胶原蛋白沉积。这些结果表明，纤维网络的力学和变形性可能改变细胞的相互作用和入侵，为组织修复支架的工程提供了重要的设计参数。
图1.软、硬纤维网络材料设计概述。a）用甲基丙烯酸酯对透明质酸（HA）上的羟基进行改性，在不同的改性程度下（软：约30%，硬：约97%）形成MeHA。b）采用Michael型加成反应使RGD（黄色）和FITC（绿色）肽与MeHA结合。悬浮和水合电纺纤维的代表性最大投影图像和c）软、d）硬纤维网络的纤维组成示意图。比例尺为20μm。虚线表示甲基丙烯酸自由基聚合生成的动力学链。
图2.半月板纤维软骨（MFC）在软、硬纤维网络薄层上的行为。a）从i）顶部或ii）侧面观察的PDMS网眼包含悬浮的薄纤维网的示意图。将MFCs接种在PDMS网眼的顶部。b）在软、硬纤维网络（绿色）上培养1或24 h的MFCs的最大投影图像。标记细胞的细胞核（蓝色）和F-肌动蛋白（红色），并绘制每个细胞周围的轮廓（白色）。比例尺为20μm。c）归一化纤维强度（纤维密度）在细胞区域和d）MFC扩散区域的定量。软，1小时：n=24；硬，1小时：n=19；软，24小时：n=23；硬，24小时：n=13个细胞。双向方差分析与Tukey事后测试。*** p＜0.001。
图3.MFC在软、硬纤维网络的厚层上的行为。a）从i）顶部或ii）侧面观察的PDMS网眼包含悬浮的厚纤维网的示意图。将MFCs接种在PDMS网眼的顶部。b）溶胀24h后水合纤维网厚度的定量。NS：无显著性。代表性的c）在软、硬纤维网络（绿色）上培养1或24小时的MFCs的3D重建图像和d）横截面图像。染色细胞核（蓝色）和F-肌动蛋白（红色）。比例尺为c）10μm和d）20μm。面板（d）中的白色箭头和虚线分别表示MFCs的大概位置和纤维网络的顶部表面。e）量化纤维网络中MFCs的百分比。n=4个网眼。未配对t检验或双向方差分析与Tukey事后测试。***p＜0.001。
图4.细胞迁移室，用于研究MFC迁移到厚纤维网络中。a-c）a）切片半月板组织，b）夹着组织切片的细胞迁移腔的示意图，以及c）组装好的迁移腔的横截面图。面板（c）中的红色虚线框指示图像在面板（d）中的获取位置。d）夹在软、硬纤维网络之间的冷冻切片组织的代表性图像（绿色）。在第1、6和12天固定细胞，并对细胞核（蓝色）和F-肌动蛋白（红色）染色。比例尺为50μm。
图5.使用细胞迁移室对MFC迁移至厚纤维网络的过程进行定量。a）夹在软、硬纤维网络之间的冷冻切片组织中的核（白色）代表图像。MFCs在第1、6和12天固定。白线表示i）组织与纤维网络之间的界面，以及距离界面ii）50或iii）100μm。比例尺为50μm。b）按组织-纤维界面的长度对迁移到纤维网络的细胞数目进行量化。n=5个组织构建体。双向方差分析与Tukey事后测试。NS：不显著性，*p＜0.05，***p＜0.001。c）量化不同日期细胞迁移到纤维网络的距离（以三组的百分比（0-50、50-100、＞100μm）报告）。n=5个组织构建体。
图6.纤维网络作为半月板修复支架的应用。a）植入包含软、硬纤维支架的半月板组织构造的示意图。将经活检穿孔器同心切割的支架插入半月板组织的横切区域。缝合后，将组织构建体皮下植入无胸腺大鼠中。b）植入4周后，纤维支架（FITC，绿色），细胞核（白色）和I型和II型胶原蛋白（深棕色）的代表性图像。比例尺为100μm。在4周时，对纤维支架中的归一化c）细胞密度、d）I型胶原染色强度和e）II型胶原染色强度的量化。n=6个组织构建体。未配对的t检验。* p＜0.05，*** p＜0.001。
