《ACS Nano》功能共組裝有機(jī)-無機(jī)水凝膠用于分層礦化和新生血管形成
發(fā)布時間：2021-06-30 10:21:07 人氣：1140
摘要
結(jié)合有機(jī)和無機(jī)成分的合成納米結(jié)構(gòu)材料由于不同成分的固有特性的獨(dú)特但互補(bǔ)的性質(zhì)，為廣泛應(yīng)用提供了一類獨(dú)特、強(qiáng)大和通用的材料。最近，倫敦瑪麗女王大學(xué)Alvaro Mata教授團(tuán)隊報告了一種基于合成納米粘土（Laponite，Lap）和肽兩親物（PAs，PAH3）的超分子系統(tǒng)，其設(shè)計合理，可共同組裝成具有高結(jié)構(gòu)完整性和一系列生物活性的納米結(jié)構(gòu)水凝膠。
利用光譜和散射技術(shù)以及分子動力學(xué)模擬方法來確認(rèn)PAH3納米纖維靜電吸附并符合 Lap 納米盤的表面。電子和原子力顯微鏡也證實了與 Lap 共組裝后 PAH3 納米纖維的直徑和表面積增加。動態(tài)振蕩流變學(xué)表明，共組裝的 PAH3-Lap 水凝膠顯示出高剛度和強(qiáng)大的自愈行為，而氣體吸附分析證實了分層和異質(zhì)孔隙度。此外，三維 (3D) 矩陣中的這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)為高縱橫比羥基磷灰石納米棒在3D矩陣內(nèi)成核和分層組織成明確定義的球形簇提供了空間限制。有機(jī)-無機(jī)PAH3-Lap水凝膠的適用性在體外使用人骨髓基質(zhì)細(xì)胞(hBMSCs)和體外使用雞絨毛尿囊膜(CAM)測定進(jìn)行評估。結(jié)果表明，有機(jī)-無機(jī)PAH3-Lap水凝膠促進(jìn)人體骨骼細(xì)胞增殖，并在礦化后與 CAM 結(jié)合，被血管浸潤，刺激細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生，并促進(jìn)相對于對照的廣泛礦物質(zhì)沉積。相關(guān)論文以題為De Novo Design of Functional Coassembling Organic–Inorganic Hydrogels for Hierarchical Mineralization and Neovascularization發(fā)表在《ACS Nano》上。
主圖
總結(jié)
該團(tuán)隊開發(fā)了一種共組裝有機(jī)-無機(jī)水凝膠平臺，用于體外晶體生長，由 3D 超分子限制框架內(nèi)的顆粒附著機(jī)制介導(dǎo)。設(shè)計策略取決于 Lap 納米盤和陽離子 PAH3 分子之間的靜電相互作用，以將有機(jī)和無機(jī)組分的固有特性整合到獨(dú)特的有機(jī)-無機(jī)水凝膠結(jié)構(gòu)中。所得材料顯示出高表面積、高機(jī)械性能和自修復(fù)性能。此外，共組裝的 PA-Lap 水凝膠顯示出一種納米級結(jié)構(gòu)，可作為羥基磷灰石從有序納米棒分級生長到明確定義的球形簇的密閉空間。該研究探索了這種礦化機(jī)制，作為一種仿生 3D 模型來調(diào)節(jié)氟化羥基磷灰石的成核和時空組織。
該模型用于了解 PAH3-Lap 水凝膠中的 Lap 納米盤和 PAH3 納米纖維在指導(dǎo)羥基磷灰石納米棒跨多個長度尺度的生長方面的作用。在原子水平上，PAH3-Lap 的礦化取決于擴(kuò)散驅(qū)動的過程，其中局部離子濃度和過飽和是由與 Lap 的超分子相互作用介導(dǎo)的。此外，PAH3-Lap 水凝膠的納米級結(jié)構(gòu)促進(jìn)了納米棒晶體的嵌入和隨后在微米尺度上生長成獨(dú)特的球形簇。有趣的是，這些礦化 PAH3-Lap 納米復(fù)合水凝膠在支持細(xì)胞生長、刺激細(xì)胞進(jìn)入、血管浸潤、ECM 產(chǎn)生和 CAM 模型中的礦物質(zhì)沉積方面優(yōu)于所有對照組。除了這些優(yōu)勢之外，該系統(tǒng)的剪切稀化特性使其成為適合用作 3D 打印應(yīng)用的生物墨水的材料。總的來說，這項研究提出了一種納米技術(shù)方法來設(shè)計集成和高階自組裝納米材料，在再生醫(yī)學(xué)中具有潛在的廣泛應(yīng)用。
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