DOI: 10.1021/acsami.9b20697
将生长因子掺入生物医学结构中，用于局部递送，可产生特定的药理作用，如诱导细胞生长和分化。这为改善组织再生过程提供了一种有前途的方法。然而，要找到一种合适的方法来提供一种有效的生长因子，并以其长期的释放动力学载入到生物医学结构中，仍然是一个挑战。在本工作中，研究者进行了系统的研究，探讨了生长因子掺入亚微米级碳酸钙核壳粒子（CSPs）和空心二氧化硅粒子（SiPs）中的最佳策略。将这些载体固定在基于聚羟基丁酸酯（PHB）的聚合物支架表面上，其结构中含有或不含有还原氧化石墨烯（RGO），以便检查掺入生长因子的功能。以骨形态发生蛋白-2（BMP-2）和促红细胞生成素（EPO）为生长因子，采用物理吸附法、共沉淀法和冷冻诱导加载法等不同的包埋策略，建立了CSPs和SiPs的生长因子模型。结果表明，掺入的生长因子的负载效率、释放特性和生物活性在很大程度上取决于所选择的策略。总的来说，与单个支架相比，支架与包含生长因子的药物递送系统的组合在组织再生领域具有巨大潜力。
图1.几种策略的图解说明，这些策略用于将生长因子掺入药物载体中，然后将其固定在电纺纤维支架上。采用物理吸附、共沉淀技术和冷冻诱导加载法掺入生长因子。步骤1包括支架制备方法。步骤2反映了将药物载体固定到电纺纤维上的过程。步骤3涉及生物学研究，以检查掺入的生长因子对人间充质干细胞和TF-1细胞的生物学活性。
图2.支架表征（PHB和PHB-rGO）：PHB（A）和PHBrGO（D）的SEM图像；PHB（B）和PHB-rGO（E）的纤维直径分布；PHB（C）和PHB-rGO支架（F）的FTIR光谱。比例尺对应于10μm。带有PHB（G）和PHB-rGO（H）支架的孔径分布（插图）的吸附-解吸等温线。
图3.电纺PHB和PHB-rGO纤维的AFM形貌图像、PFM相位和幅值图像：纯PHB（A）和PHB-rGO（B）纤维； 根据PFM结果获得的PHB和PHB-rGO的统计分布相位（C）和幅度值（D）。
图4.CSPs/SiPs沉积前后的CSPs/SiPs和PHB/PHB-rGO支架的SEM图像：CSPs（A）和SiPs（B）具有相应的粒度分布（C）；PHB（D），PHB@CSPs（E），PHB@SiPs（F），PHB-rGO（G），PHB@CSPs（H），PHB@SiPs（I）。比例尺对应于1μm（A、B）和5μm（D-I）。
图5.将CSPs/SiPs固定在静电纺丝PHB/PHB-rGO纤维上：PHB@SiPs和PHB-rGO@SiPs的CLSM图像（A）；方案展示了将载体固定在聚合物纤维上的过程（B）；用TRITC标记的SiPs修饰的聚合物纤维（PHB-rGO）的3D重建（C）；CSPs/SiPs的固定化效率取决于所用支架的类型（D）；负载BSA-FITC和BSA-TRITC（E）的PHB-rGO@SiPs。比例尺对应于5μm（A、E）。结果表示为平均值±标准偏差，n=4。*表示p<0.05。
图6.在未经修饰和修饰的支架中培养的人间充质干细胞的细胞粘附和活性：培养24小时后，在PHB、PHB@CSPs、PHB@SiPs、PHB-rGO、PHB-rGO@CSPs和PHB-rGO@SiPs支架上附着的人间充质干细胞的CLSM图像（用DAPI-蓝色染色的人间充质干细胞的细胞核，用鬼笔环肽 AlexaFluor 488-绿色染色的细胞膜，用TRITC-BSA-红色（A）标记的CSPs和SiPs。比例尺对应50μm；培养24小时后附着在PHB、PHB@CSPs、PHB@SiPs、PHB-rGO、PHB-rGO@CSPs和PHB-rGO@SiPs支架上的人间充质干细胞的细胞密度（B）；用PHB、PHB@CSPs、PHB@SiPs、PHB-rGO培养24小时后人间充质干细胞的细胞活力（以百分比表示），通过活/死分析（C）测定PHB-rGO@CSPs和PHB-rGO@SiPs支架。结果为平均值±标准偏差，n=10。ns表示无显著性，*表示p<0.05，*表示p<0.005。
图7.未经修饰和修饰的支架上接种的人间充质干细胞在1、3和7天的增殖：PHB、PHB@SiPs、PHB-rGO和PHB-rGO@SiPs支架上生长的人间充质干细胞在不同时间点（1、3、7天）的CLSM图像。（用DAPI-蓝色染色的人间充质干细胞的细胞核，用鬼笔环肽 AlexaFluor 488-绿色染色的细胞膜，用TRITC-BSA-红色标记的CSPs和SiPs）（A、B）。比例尺对应100μm；培养1、3和7天后，附着在PHB、PHB@CSPs、PHB@SiPs、PHB-rGO、PHB-rGO@CSPs和PHB-rGO@SiPs支架上的人间充质干细胞的细胞密度（C、D）。结果为平均值±标准偏差，n=10。ns表示无显著性，*表示p<0.05。
图8.将生长因子掺入CSPs或SiPs的各种策略（以EPO为例）：示意图描述了将生长因子并入CSPs和SiPs的途径（A）；掺入效率（%）取决于生长因子掺入策略的选择（B）；EPO的释放曲线取决于生长因子掺入策略的选择（C）。结果表示为平均值±标准偏差，n=4。
图9.固定在PHB和PHB-rGO支架上的CSPs和SiPs释放的EPO的生物学反应（TF-1细胞的增殖率）：TF-1细胞与试样孵育1、4和7天后的CLSM图像（A）。比例尺对应于50μm；与试样（B、C）孵育1、4和7天后，每个区域的TF-1细胞计数。结果为平均值±标准偏差，n=4。ns表示无显著性，*表示p<0.05，*表示p<0.005。
图10.人间充质干细胞成骨分化分析：采用不同策略（孵育28天）掺入BMP-2修饰的PHB和PHB-rGO支架上的钙沉积物和生长的人间充质干细胞的CLSM图像。含钙矿物用钙黄绿素染色（绿色），细胞核用DAPI染色（蓝色），细胞骨架用鬼笔环肽AlexaFluor 633染色（红色）。比例尺对应50μm（A）；矿化基质的浓度通过量化染色矿化基质（B）的ARS的量来确定；在采用不同策略掺入BMP-2的PHB和PHB-rGO支架上培养21、28天的人间充质干细胞的ALP活性（C）。B、C：图例的颜色与BMP-2掺入策略和培养基条件相对应。虚线粗体框表示所用支架的类型。结果为平均值±标准偏差，n=4。ns表示无显著性，*表示p<0.05，*表示p<0.005。
