DOI: 10.1016/j.msec.2021.111867

3D支架是组织工程应用的关注焦点。虽然许多研究都集中在支架的生物学特性上，但如何满足靶组织的生物力学需求却一直没有引起足够的重视。在这项工作中，研究者展示了如何使用相同的原始生物材料、不同的制备技术造就不同的结构、力学和生物学特性。以丝素蛋白纤维为基础生物材料，采用静电纺丝、薄膜浇铸和纬编作为不同的支架制备技术。在这三者中，纬编针织支架表现出出色的细胞支架相互作用，包括完整的3D细胞附着、单根纤维周围的完整细胞覆盖以及深入的细胞浸润。蚕丝线的后脱胶处理使丝素针织支架的体积增大，开孔减少。编织支架脱胶后孔径的减小缓解了预先填充孔的必要性（在具有大孔的典型编织支架中增加细胞粘附的必要条件）。从力学角度来看，纬编针织支架显示出最高的力学强度以及较好的延展性。有趣的是，蚕丝纬编针织支架的柔性分别比丝素蛋白膜和静电纺丝网高100倍和1000倍。观察到的材料类型和制备技术的效果突出了丝素蛋白纬编针织支架对于膀胱等负重软组织再生的适用性。

图1.丝素蛋白基支架的不同制备技术概述。（a）静电纺丝，（b）薄膜浇铸和（c）纬编的示意图：a）丝素蛋白电纺网是通过静电纺丝丝素溶液制成的。用乙醇处理纤维网以使其不溶于水。b）将丝素蛋白薄膜浇铸在培养皿中，干燥，然后用乙醇处理使其不溶于水；c）为了制备丝素蛋白纬编针织支架，将原始蚕丝线喂入单面针织圆纬机中。然后对编织支架进行脱胶处理并使用。

图2.使用A）FTIR和B）XRD技术对SF纤维和乙醇处理的支架（SF电纺、SF薄膜和SF纬编针织支架）进行全面比较。

图3.A）培养1天和7天后，接种在SF电纺网、薄膜和编织支架上的成纤维细胞的SEM形态学图像。B）与组织培养聚苯乙烯（TCP）相比，培养1天、4天和7天后，接种到这些支架上的3T3成纤维细胞的代谢活性。C）三种支架的总孔隙率和平均孔径之间的比较；D）共聚焦图像显示培养2周后细胞在三种支架上的分布情况，SF膜、SF纳米纤维网和SF编织支架的不同浸润深度分别为2µm、26µm和75µm。蓝色表示用DAPI染色的成纤维细胞的细胞核，绿色表示用鬼笔环肽染色的成纤维细胞的细胞骨架。

图4.细胞与纬编支架的相互作用。A-H）培养2、4和6周后细胞接种纬编针织支架的SEM图像代表单根纤维之间以及大孔上的细胞覆盖率增加。细胞填充在支架的两个区域中，即在单根纤维之间以及环中间和环与环之间的孔中。I-N）细胞接种编织支架的共聚焦显微镜图像显示SF纤维间的细胞3D分布（I-L）以及细胞间相互作用使无底物的细胞层覆盖支架的大孔（M，N）。L，M表示细胞的全层浸润（>200µm）。蓝色代表DAPI染色的细胞核，绿色代表鬼笔环肽染色的成纤维细胞的细胞骨架。请注意，SF纤维显示自发荧光。

图5.三种支架类型的断裂力学测试。A）单轴断裂测试图，比较了SF电纺网、SF薄膜和SF编织支架的拉伸强度和断裂伸长率（纵行方向和横行方向）。B）比较三种支架类型的多方向强度和断裂伸长率的钢球破裂断裂图。C）由单轴和钢球破裂试验得出的支架平均极限应力和应变。D）三种支架类型的力学性能比较（星号表示p<0.05时具有统计学显著差异）。

图6.单轴拉伸测试结果。A）SF支架与人和猪膀胱的极限应变和杨氏模量比较。B）比较支架和新鲜猪膀胱的应力-应变曲线和E模量。

图7.支架的循环单轴加载-卸载。A）SF编织支架（在横行和纵行方向上分别达到100％和50％应变），SF静电纺丝支架（高达25％应变）和SF薄膜支架（高达45％应变）的单轴循环加载-卸载。B）支架的磁滞回线面积的比较和C）应变为10％和20％时支架的磁滞回线面积的定量比较。