三维支架不再仅仅是细胞生长和组织形成的物理模板。它们还必须向细胞提供化学、生物分子、机械和几何信号。
液晶(LCs)在组织工程中具有重要意义,因为它们能够通过易于辨别的光学响应(例如双折射的变化或通过LC分子的排列)向观察者报告正在扩展的细胞系的各向异性生长。真正的挑战是设计能够指导或引导生物材料行为的材料。
在对作为三维细胞支架的几种材料类别进行了深入调查之后,本文综述了近年来对一类特殊LC材料,即液晶材料液晶弹性体(LCEs)的研究进展。该材料可以用作独特的纵向和多反应性细胞支架,适用于细胞附着、细胞增殖和细胞排列。本文介绍了几种具有特殊多孔结构的生物相容性、可生物降解的LCE支架材料,并讨论了它们的优点。
图1.细胞外基质的描述。
图2.两种用于测量YM各向异性的方法的图示:压痕(左)和拉伸(右)。
图3.按交联度分类的聚合物亚组。
图4.聚乳酸、聚乙醇酸和聚ε-己内酯的化学表示。
图5.氨基甲酸酯键的化学表示。
图6.聚癸二酸甘油酯的化学结构。
图7.(a)端对主链、(b)侧对侧链和(c)端对侧链LCE的示意图。
图8.(a)3臂、4臂和6臂引发剂的化学结构(中心节点),(b)星形嵌段共聚物-胆固醇液晶(SBCα-CLC)和SBCγ-CLC的合成途径,(c)与双己内酯(BCP)交联以获得3-LCE-α或3-LCE-γ。
图9.(A)使用双己内酯(CL =交联剂)的聚己内酯基LC嵌段共聚物的交联,导致形成液晶弹性体(LCE),以及(B)制备具有主要孔隙度的LCE泡沫(LCEFPP,路径1)和具有主要孔隙度和次要孔隙率的LCE泡沫的步骤(LCEFP+SP,路径2)。
图10.用于合成球状向列型LCE细胞支架的单体(M)、交联剂(L)和光引发剂(PI;2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮)的化学结构、组分的相变温度以及比例。该动画描绘了球状LCE的合成(微乳液光聚合)和内部结构。
图11.获得的YM值:(a)通过压痕,(b)通过拉伸测量。这些值与特定组织的YM值的比较。
图12.近晶LCE-γ(A)在PBS中生物降解前(B)和16周后内部孔隙的SEM图,向列LCE(E)LCEPP、(F )LCEPP球状多孔微结构(C-D),(G)LCEFP+SP的光学图像。用于制备(H)LCEPP和(I)LCEFP+SP的de型泡沫方案。
图13. A)LCE-γ和B)LCE-α的SAXD模式,C)胆甾型LC基团的分子排列与实验观察到的层间距匹配的模型。
图14.在a)3LCEα、b)4LCEα和c)6LCEα弹性体薄膜上生长的原代人真皮成纤维细胞(hDF)细胞的方向性分析。每个图像中的插图都显示了一个光电图像和接触角测量值。
图15.使用DMEM作为细胞培养基,在基于SBC的LCEFP+SP中培养的成肌细胞(C2C12)的荧光共聚焦显微镜图像:(A)沿z方向堆叠的2D图像,(B-D)从不同角度观看3D视图。(B)中的图像以原始荧光强度值绘制(原始颜色可以在出版物上看到)。
图16.接种后3、5和7天,C2C12成肌细胞的共聚焦显微镜图像(x,y和x,z平面),用DAPI染色(用于细胞核)和用若丹明染色(用于LCE支架)。
图17.分别在接种7天和5天后的(A,ii–iv)C2C12和(B,ii–iv)SHSY5Y的SEM图像。细胞(见箭头)可以看作是直接附着在基质上以进行扩展和增殖的延伸纤维。
图18.(A)LCE-α和(B)未改性的弹性体的生物降解图(时间与%重量变化)。