阿拉伯木聚糖结合聚己内酯纳米纤维基质促进成纤维细胞粘附和增殖

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纳米纤维基质 阿拉伯木聚糖 成纤维细胞 细胞粘附 细胞增殖

学术背景

伤口愈合是一个复杂的生理过程，涉及多个阶段的协调，包括止血、炎症、增殖和重塑。然而，在严重创伤或慢性伤口的情况下，传统的治疗方法如敷料、缝合等往往效果有限。近年来，组织工程学（tissue engineering）的发展为伤口修复提供了新的思路。通过构建仿生支架材料，可以为细胞提供适宜的生长环境，促进组织再生。其中，纳米纤维基质（nanofibrous matrix）因其高比表面积和仿生结构，成为组织工程中的热门研究方向。然而，单一合成聚合物如聚己内酯（poly(ε-caprolactone), PCL）虽然具有良好的机械性能和生物相容性，但其疏水性和降解速度较慢，限制了其在软组织再生中的应用。因此，研究者们尝试将天然生物活性物质与合成聚合物结合，以改善材料的性能。

阿拉伯木聚糖（arabinoxylan, AX）是一种从植物中提取的半纤维素，具有良好的生物相容性、生物降解性和吸水膨胀性。它已被证明具有抗氧化、抗炎和免疫调节等多种生物活性，因此在组织工程和伤口愈合领域具有潜在的应用价值。本研究旨在将AX与PCL结合，通过静电纺丝技术制备纳米纤维基质，并评估其对成纤维细胞粘附和增殖的影响，从而为伤口愈合提供一种新型的生物材料。

论文来源

本研究由来自巴基斯坦、中国、沙特阿拉伯和西班牙的多位研究者共同完成，主要作者包括Kiran Konain、Sajida Farid、Shazia Hameed等。研究团队来自Khyber Medical University、Shanghai Ocean University、King Saud University等多个机构。论文于2025年4月2日被接受，并发表在《Bionanoscience》期刊上，DOI为10.1007/s12668-025-01924-4。

研究流程与结果

1. 阿拉伯木聚糖的提取

研究首先从本地购买的Ispaghula husk中提取AX。提取方法为碱提取法：将Ispaghula husk溶解于蒸馏水中，调节pH至12，过滤后通过醋酸将pH降至3，使AX凝胶沉淀。凝胶经多次洗涤后干燥，最终得到棕色粉末状AX。提取过程重复三次以确保重现性。

2. 纳米纤维基质的制备

通过静电纺丝技术制备PCL和PCL-AX纳米纤维基质。PCL溶液浓度为12% w/v，PCL-AX溶液中加入2.5% w/v的AX。静电纺丝参数为：电压15 kV，针头与收集器距离15 cm，转速150 rpm。制备的纳米纤维在铝箔上收集，并通过扫描电子显微镜（SEM）观察其表面形貌。结果显示，PCL纳米纤维的平均直径为440 ± 225 nm，而PCL-AX纳米纤维的直径减小至330 ± 165 nm，且纤维表面光滑无珠状物。

3. 纳米纤维的机械性能测试

通过单轴拉伸试验评估纳米纤维的机械性能。PCL和PCL-AX纳米纤维的拉伸强度分别为4.20 ± 0.3 MPa和3.71 ± 0.1 MPa，而断裂伸长率分别为45.74 ± 0.1%和62.60 ± 0.4%。结果表明，AX的加入提高了纳米纤维的延展性，使其更适合用于软组织再生。

4. 傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析

通过FTIR光谱验证AX成功掺入PCL基质中。PCL-AX组的光谱中同时出现了PCL和AX的特征峰，表明两者之间没有发生明显的化学反应，而是通过物理或弱氢键相互作用结合。

5. 吸水性能测试

将纳米纤维基质浸泡在磷酸盐缓冲液（PBS）中，评估其吸水性能。结果显示，PCL-AX基质在5小时内吸水率最高达到23%，并在12小时内保持稳定的吸水能力。这一特性有助于吸收伤口渗出液，为伤口愈合提供湿润环境。

6. 细胞粘附与增殖实验

将NIH3T3成纤维细胞接种在PCL和PCL-AX基质上，评估细胞粘附和增殖情况。结果显示，PCL-AX基质的细胞粘附率比PCL基质高出10%。通过SEM观察，发现细胞在PCL-AX基质上形成更多的细胞质延伸，表明其具有更好的细胞相容性。此外，通过Alamar Blue™实验评估细胞增殖，发现PCL-AX基质显著促进了成纤维细胞的增殖。

研究结论与意义

本研究成功制备了PCL-AX纳米纤维基质，并证明其具有良好的机械性能、吸水性和细胞相容性。AX的加入不仅改善了PCL的疏水性，还显著促进了成纤维细胞的粘附和增殖。这些结果表明，PCL-AX纳米纤维基质在伤口愈合和组织工程中具有广阔的应用前景。

研究亮点

  1. 创新性材料设计：首次将阿拉伯木聚糖与聚己内酯结合，通过静电纺丝技术制备纳米纤维基质，为伤口愈合提供了新型生物材料。
  2. 优异的机械性能：PCL-AX纳米纤维具有较高的延展性和拉伸强度，适合用于软组织再生。
  3. 良好的生物相容性：PCL-AX基质显著促进了成纤维细胞的粘附和增殖，表明其在组织工程中具有潜在的应用价值。
  4. 优越的吸水性能：PCL-AX基质能够有效吸收伤口渗出液，为伤口愈合提供湿润环境。

其他有价值的信息

本研究中使用的AX提取方法和静电纺丝技术均为常规实验方法，未涉及特殊设备或算法的开发。然而，研究团队通过详细的实验设计和数据分析，为PCL-AX纳米纤维基质的应用提供了坚实的科学依据。未来研究可以进一步评估该材料在动物模型中的伤口愈合效果，并探索其在其他组织工程领域的应用潜力。