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.2011年8月；32(23):5371-9.
doi:10.1016/j.biomaterials.2011.04.009。 Epub 2011年5月6日。

胶原蛋白微纤维增强类弹性蛋白基质用于软组织修复

杰弗里M洞穴 1, 崔万兴, 景文, 维维克·阿库马尔, 卡罗琳·哈勒, 埃利奥特·柴科夫
附属公司

胶原蛋白微纤维增强类弹性蛋白基质用于软组织修复

杰弗里M洞穴等。 生物材料. 2011年8月.

摘要

设计用于模拟天然细胞外基质结构和性能的人造复合材料可能会导致用于软组织修复和替换的脱细胞材料，其显示出与天然组织相似的机械强度、刚度和弹性。我们描述了由连续的胶原微纤维组成的薄片的制造，这些胶原微纤维以可控的方向和密度嵌入重组弹性蛋白样蛋白质聚合物基质中。多层堆叠提供了柔性，基于蛋白质的复合板，其性能取决于弹性基质、胶原蛋白含量和组织。板材的断裂伸长率为13倍以上（23-314%），杨氏模量为6倍（5.3-33.1 MPa），抗拉强度为2倍以上（1.85-4.08 MPa），超过了许多天然人体组织（包括膀胱、肺动脉和主动脉）的性能。研究了一种近似于人类腹壁筋膜机械反应的薄片，作为腹疝修补的筋膜替代物。蛋白质基复合补片可在8周内防止Wistar大鼠疝气复发，形成新组织并保持结构完整。

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数字

图1
图1
胶原微纤维增强类弹性蛋白片材的制备。（a） 胶原蛋白超细纤维缠绕在矩形框架上，以获得所需的方向和平均间距。（b） 冷却后的蛋白质聚合物溶液分布在微纤维布局上，并通过温度驱动的溶胶-凝胶工艺模制成薄膜。（c） 叠层膜通过温度转换层压，形成多层、角向复合材料（d，e）。
图2
图2
多层板的结构分析。如（a）所示，沿x或y平面（分别为c和d）切片后，当用SEM检查时，纤维横截面将呈现圆形或椭圆形。片材没有显示出分层的证据（b、c、d）。如箭头所示，切片伪影在（c）中以垂直微槽的形式出现，在（d）中以羽毛状水平脊的形式出现。使用DVI技术进行的三维重建显示了（e）中的纤维成分。在胶原纤维平面上拍摄的透射电镜切片显示出D周期带状纤维结构，与整个纤维轴（f）对齐，而垂直于胶原纤维的切片显示出密集的纤维横截面（g）。TEM对胶原纤维的分析表明，平均直径为33±4 nm，纤维密度为73±6%（v/v）[19]。
图3
图3
机械响应。（a） 纤维角度为0°（●）、15°（•••）、25°（---）、90°（-）且不含纤维（○）的复合材料表明，微纤维与载荷的对齐增强了刚度，并降低了纤维损伤时的应变。（b） 15°取向、平均超细纤维含量为18%（●）、7%（---）和3%（○）且无纤维（-）的设计表明，增加超细纤维含量可以提高刚度和强度，而不会改变纤维损伤时的应变。（c） 25°方向（-）的机械响应与人类白线相似。（符号表示在倾斜或横向方向测试的脐下或脐上区域的组织条，Gräβel和同事报告的响应平均值[29]。（d，e）微纤维染色后的0°和15°复合材料，图像方向为水平加载方向（比例2 mm）。
图4
图4
机械性能对超细纤维布局的依赖性。纤维含量的增加和与加载方向的对齐增加了模量（a，e）。纤维含量和排列的增加也会增加试样显示纤维网络损伤时的应力（b，f）。纤维比例的增加并没有显著提高UTS，但与较高的纤维角度（c，g）相比，纤维在加载方向的排列增强了UTS。弹性随着纤维分数（d）的增加而增加，与垂直布局（h）相比，当纤维与负载方向对齐或成角度时，弹性也会提高。显著性显示在p<0.05水平，ns表示无显著差异，误差线表示标准偏差。
图5
图5
腹部缺损修复。植入后（a）和8周时（b）多层弹性蛋白复合物的出现。与未修复的缺陷（d）相比，在研究期间（c），没有修复的缺陷显示疝气形成。刻度10 mm。
图6
图6
腹部修复材料的组织学。未植入的多层蛋白质复合片材和猪真皮产品的外观分别如（a）和（d）所示（100×）。8周后，工程复合材料中的类弹性蛋白成分基本上消失，但罕见区域（b、c）除外。相反，在整个标本中都可以观察到胶原微纤维（分别用实心箭头和虚线箭头表示b，40×，类弹性蛋白和胶原纤维）。在细胞和纤维组织取代弹性蛋白样蛋白的区域，胶原纤维之间的间距增加（c，100倍）。猪真皮制品的致密胶原似乎已分离，植入物碎片之间的细胞和组织长入（右侧e，40×，g，100×）。（g）中的箭头表示植入物碎片。在（e）中，宿主-移植体界面明显，左侧为腹壁，右侧为猪真皮。收获的羊肉（f，200×）的许多区域没有猪真皮产品的可识别片段。比例尺200µm。
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