DOI: 10.1021/acs.biomac.0c01445

在智能生物材料中加入对细胞有指导意义的化学和地形线索，并结合适当的物理刺激，可能有助于提高神经再生率。在这方面，研究者探索了基于聚[2-甲氧基-5-（2-乙基己基氧基）-1,4-亚苯基亚乙烯基]（MEH-PPV）的导电电纺纳米纤维的表面功能化，并与外部施加的电刺激相结合以促进神经元的生长潜能。此外，还深入研究了纳米纤维的电压依赖性导电机制，以将其固有的导电性质与电刺激的神经元表达联系起来。使用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）和1,6-己二胺（HDA）替代昂贵的生物分子涂层（例如胶原蛋白）进行表面功能化，从而实现细胞粘附。纳米纤维均匀、多孔、导电、机械强度高并且在生理条件下是稳定的。表面胺化可增强生物相容性、3T3细胞粘附和扩散，而神经元模型大鼠PC12细胞系在表面功能化垫上表现出比非功能化垫更好的分化。当与电刺激（ES）结合使用时，这些垫子显示出与无ES条件的胶原蛋白涂层垫子相当或更快的神经突起形成和延伸。研究结果表明，表面胺化结合ES可以为使用MEH-PPV基神经支架提供更快的神经再生。

图1.本报告中所执行的工作计划。静电纺丝MEH-PPV和聚己内酯（PCL）共混物以产生纳米纤维支架，然后进行表面官能化以赋予氨基官能团，从而使其具有生物活性。评估成纤维细胞在功能化纳米纤维上的活性以确认其生物活性，然后对PC12细胞进行低水平电刺激以评估其作为神经支架的潜力。纳米纤维固有的电压依赖性导电机理与改善的神经突发育相互关联。

图2.（A）在10K放大倍率下以四种体积比静电纺丝制备的不同MEH:PPV:PCL纳米纤维的扫描电子显微照片（比例尺=4μm），如图所示。在150K放大倍率下获得的插图（比例尺=400nm）。（B）不同MEH:PPV:PCL纳米纤维的XRD图谱，如图所示，以及最能描述其衍射图的XRD曲线的Voigtian拟合。

图3.（a）未官能化和官能化MEH-PPV:PCL电纺纳米纤维的I-V特性和（b）Kaiser拟合（正向偏置）。

图4.（A）原始和功能化电纺垫的应力-应变行为；（B）刚度常数（E）和极限拉伸强度（UTS）。

图5.原始和功能化MEH-PPV:PCL纳米纤维在生理环境下的稳定性研究。（A）在中性磷酸盐缓冲液中孵育45天期间的质量损失曲线；（D）纤维直径的变化；（E）与PBS孵育前后，纳米纤维垫薄层电阻（Rs）的变化。

图6.用（A）APTES和（B）HDA功能化前后，MEH-PPV:PCL电纺纳米纤维的振动光谱。

图7.（A）XPS全扫描结果显示原始的和功能化MEH-PPV:PCL电纺纳米纤维的表面元素组成。（B）MP20:80，（C）AFMP20:80和（D）HFMP20:80的C1s XPS光谱的峰解卷积。

图8.FT-IR和XPS分析表明，PCL与APTES（方案I）和HDA（方案II）相互作用的拟议方案。

图9.FT-IR和XPS分析表明，MEH-PPV与APTES（方案III）和HDA（方案IV）相互作用的拟议方案。

图10.培养24小时后，原始和功能化MEH-PPV:PCL电纺垫上的（A）3T3和（B）PC12细胞活性（-ve对照：TCP和+ve对照：马来酸叔丁酯）。细胞活性百分比表示为平均值±S.D.，n=4。*和＃分别表示原始垫和功能垫在p≤0.01和p≤0.05时的统计学显著性。

图11.（A）用钙黄绿素AM（绿色），EthD-1（红色）和DAPI（蓝色）染色的带有相衬覆盖物的3T3成纤维细胞的活死成像数据（比例尺=75μm）；（B）细胞扩散百分比的定量分析；（C）24和48小时后，原始和功能化MEH-PPV:PCL垫上的细胞面积（单个细胞的平均面积）。（B）和（C）中的数据为平均值±S.D.，n=6。*和＃分别表示p≤0.01和p≤0.05时的统计学显著性。

图12.在非功能化和功能化MEH-PPV:PCL电纺垫上生长72小时的3T3成纤维细胞的形态（比例尺=20μm）。插图显示带有丝状伪足/板状伪足样延伸的放大图像（比例尺=10μm）。

图13.（A）在分化条件下培养7天的PC12细胞的微管蛋白免疫染色，在不同MEH-PPV:PCL垫上用DAPI复染，如图所示。神经元胞体用白色箭头表示，而红色箭头表示带有细长和分支神经突的神经元，其中包含或不包含生长锥（比例尺=75μm）。神经突发育和延伸的定量表现为（B）具有神经突的细胞百分比和（C）每个细胞的神经突长度（平均神经突长度）。*和＃分别表示原始垫在p≤0.01和p≤0.05时的统计学显著性。

图14.如图所示，在不同MEH-PPV:PCL垫上生长1周的PC12细胞的SEM图像。红色箭头表示神经突在不同电纺垫上的突出部分。比例尺=5μm。

图15.（A）未经电刺激和经电刺激的PC12细胞在表面功能化和胶原蛋白涂覆MEH-PPV:PCL垫上长达1周的Beta（III）免疫染色（比例尺=75μm）。定量分析结果显示（B）带有神经突的细胞百分比，（C）每个细胞的神经突，（D）每个细胞的神经突长度，以及（E）在有ES和无ES的不同导电垫上分化的PC12细胞的中位数神经突长度。数据为平均值±S.D.，*和＃分别表示p≤0.01和p≤0.05时的统计学显著性。

图16.生物材料固有电导率对神经突发育和生长的影响。（A）在功能化和胶原蛋白涂覆MEH-PPV:PCL垫上（A）带有神经突的细胞计数和（B）平均神经突长度相对于其固有低场电导（Go）值的变化。