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Nano-Micro Letters (2021)13: 212 https://doi.org/10.1007/s40820-021-00712-5 2. 与其他水凝胶系统相比,本文所制备的“纳米工程水凝胶”既可注射又可喷雾,这使其方便用于微创修复。 图1. 不同SNP配比的STHB的流变特性。(a) 不同SNP配比的STHB配方;(b) 粘度与剪切速率的关系;(c) 应变(strain)与储能模量(G’)的关系;(d) Tan(δ)与strain(%)的关系;(e) 在低(1%)和高(100%)strain的多个循环期间记录的G’。 STHB的可注射性能评估装置(图2a)。测试推注水凝胶所需的力(Force)随着时间呈线性增加,直到达到最大推注力平台(图2b)。测试评估了不同针尖直径注射器(18G, 23G, 27G)所需的注射力与不同SNP配比的关系,增加S N P的浓度和减少针尖直径会导致所需的注射力增加(图2c)。配备22G喷嘴的喷雾装置用来评估STHB的可喷雾性能(图2d-e)。在20 cm喷射距离下,不同SNP 配比的STHB喷雾总覆盖面积。随着SNP浓度增加,喷雾总覆盖面积减少(图2f)。捕获并量化喷雾覆盖的面积和平均斑点面积,SNP浓度增加会增加平均斑点面积(图2g-h)。 图2. STHB的可注射与可喷雾性能评估。(a) STHB的可注射性能评估装置;(b) 测量推注水凝胶所需的力(Force)以确定最大注射力平台,单位: 牛顿(N);(c) 不同针尖直径注射器和不同SNP的浓度所需的最大推注力;(d) STHB的喷雾装置;(e) STHB的喷雾装置的喷射参数;(f) 在距离20 cm,喷射5 mL STHB后测量总喷雾面积;(g) 在距离20 cm处,喷射0.1 mL STHB后捕获并量化STHB的斑点分布;(h) 不同SNP浓度的STHB喷 雾后的平均斑点面积。 为了评估细胞粘附,将3T3细胞接种在适合细胞粘附的聚四氟乙烯(PTFE)涂层基底上(阳性对照),并与接种在STHB表面上的细 胞进行比较(图3a)。24小时后,相对荧光值显示出不同SNP浓度组(5L, 8L, 10L)和对照组的细胞数量相似,加入PEO后(5L3P, 8L3P, 10L3P),细胞的数量均减少(图3b)。通过F-肌动蛋白荧光标记进行3T3细胞的单细胞分析(纵横比和形态)。荧光照片显示 接种在PTFE对照和仅有SNP(5L, 8L, 10L)的STHB,细胞具有正常的细胞粘附和伪足扩展。相比之下,当细胞接种在含有3 wt% PEO (5L3P, 8L3P, 10L3P)的STHB上时,细胞形态是球形的,因为细胞无法附着在水凝胶表面(图3c)。量化单个3T3细胞的纵横比以了解细胞粘附和扩增。对照组和仅含SNP组中的细胞呈现出一组不同的纵横比,因为单个附着的细胞通常由于独特的伪足扩张而形状不同(图3d)。 图3. STHB的体外防止细胞粘连评估。(a) 测试接种在STHB表面的3T3成纤维细胞的粘附和形态特征的示意图;(b) 通过使用相对荧光单位来评估3T3细胞的细胞活力;(c) 不同方式处理后3T3细胞的细胞形态特征的代表性荧光照片;(d) 量化(c)中3T3细胞的细胞面积和纵横比来分析细胞形态。 为了研究STHB在体内预防术后粘连的形成,使用了八个缺血腹膜的腹膜损伤大鼠模型(图4a)。腹膜粘连指数(PAI)用作评分系统,根据血管化、厚度、强度和损伤等几种形态特征对粘连进行分级(图4b)。测试分成五组,分别为:1) control组;2) 商品化Seprafilm®组;3) 5L3P组;4) 8L3P组;5) 10L3P组。可以观察到手术产生的腹膜缺血(图4c)。在给药过程中,STHBs形成了坚固的涂层,能够正确粘附并保留在组织中。14天后处死动物,分析组织。在control组中,发现粘连附着在缺血部位及其周围。Seprafilm®、5L3P和8L3P组具有较低的粘连等级,而10L3P组没有出现任何可观察到的粘连(图4d)。随后,对各组的8个缺血部位的粘连形成进行评分(图4e),对8个缺血部位的粘连形成百分比(每个部位占比12.5%)进行评估(图4f),最后计算4个实验组中减少的粘连形成百分比与control组的粘连形成百分比进行比较(图4g)。表明具有较高机械强度的STHB呈现较少的粘连形成,其中强度最高的STHB (10L3P)提供了有效的屏障来抑制细胞浸润和纤维化粘连的形成。 图4. STHB的体内预防术后粘连评估。(a) 大鼠腹膜粘连模型构建的示意图;(b) 腹膜粘连指数(PAI)用于对术后粘连形成进行分级;(c) 各组在腹膜缺血部位上递送,黑色箭头表示缺血部位和药物递送部位;(d) 14天后,重新打开切口观察粘连形成,黑色箭头表示术后粘连;(e) 使用PAI评分系统来计算平均粘连评分;(f) 每只大鼠8个缺血部位的粘连形成(%);(g) 4个实验组减少的粘连(%)与control组形成的粘连(%)的比较。各实验组的老鼠只数n=5。 Ali Khademhosseini 本文通讯作者 前哈佛大学/麻省理工学院/加州大学洛杉矶分校教授 Terasaki研究所CEO 利用微米级和纳米级技术为器官衰竭、心血管疾病和癌症提供一系列疗法。 ▍主要研究成果 ▍Email: khademh@terasaki.org Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc),包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、PubMed Central、DOAJ、CSCD、知网、万方、维普、超星等数据库收录。2020 JCR影响因子IF=16.419,在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前10%)。2020 CiteScore=15.9,材料学科领域排名第4 (4/123)。中科院期刊分区:材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820),欢迎关注和投稿。
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