《AFM》二维磷化锗加强导电生物降解水凝胶收架加强脊髓伤害修复
【择要】
开辟可生物降解的导电水凝胶对付修复心肌、骨骼肌和神经等电活性构造具有紧张意义。然而，复合水凝胶中通例的导电相掺入，如聚吡咯、聚苯胺、碳纳米管、石墨烯和金纳米线等不行降解质料，将作为异物存在于体内。近来，燕山大学Congpu Mu/柳忠元传授,与华中科技大学罗志强传授团队互助配合探究了一种基于导电性和可生物降解的磷化锗 (GeP) 纳米片与粘合透亮质酸-移植物-多巴胺 (HA-DA) 水凝胶基质集成的可注射水凝胶，并探究了该生物混淆水凝胶在脊髓伤害中的乐成应用(SCI) 修复表现。将聚多巴胺（PDA）修饰的 GeP 纳米片（[email protected]）掺入 HA-DA 水凝胶基质中，明显进步了 HA-DA/[email protected] 水凝胶的电导率。
导电的 HA-DA/[email protected] 水凝胶可以在体外加快神经干细胞 (NSC) 向神经元的分解。在大鼠 SCI 完全横断模子中，发觉体内植入的 HA-DA/[email protected] 水凝胶明显改进活动功效的规复。免疫构造荧光研究评释，HA-DA/[email protected] 水凝胶可促进病变地区的免疫调治、内源性血管天生和内源性 NSC 神经产生。将导电和可生物降解的 GeP 纳米质料整合到可注射水凝胶中的计谋为设计用于 SCI 修复的先辈生物质料提供了新的看法。相干论文以题为Two-Dimensional-Germanium Phosphide-Reinforced Conductive and Biodegradable Hydrogel Scaffolds Enhance Spinal Cord Injury Repair颁发在《Advanced Functional Materials》上。
【主图导读】
图1 A) [email protected] 纳米片、B) HA-DA 聚合物和 C) HA-DA/[email protected] 导电水凝胶的制备方案。D) 可注射和导电的 HA-DA/[email protected] 生物混淆水凝胶在脊髓伤害修复中的应用表示图。
图2 GeP 和 [email protected] 纳米片的表征。A) GeP 纳米片的 SEM 图像。B) GeP 纳米片的 TEM 图像。C) GeP 纳米片的 AFM 图像和 D) GeP 纳米片的丈量厚度。E-H) GeP 纳米片的 STEM 图像和 STEM-EDX 元素映射图像。I) GeP 纳米片的 XRD。J) 拉曼光谱和 K) GeP 和 [email protected] 纳米片的 FTIR 光谱。L) GeP 和 [email protected] 纳米片的 Zeta 电位。M) GeP 和 [email protected] 纳米片在水疏散体中的紫外可见汲取光谱。疏散在去离子水中并袒露在氛围中 1、3、5、7、14 和 21 天的 N) 原始 GeP 纳米片和O) [email protected] 纳米片的紫外可见汲取光谱。P) GeP 和 [email protected] 水疏散体在 1、3、5、7、14 和 21 天时在 550 nm (A/A0) 处汲取率的改变。
图3 HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 可注射水凝胶的表征。A) HA 和 HA-DA 聚合物的 1H-NMR 数据。B) HA-DA/[email protected] 预聚物和水凝胶的照片。C) HA-DA/[email protected] 水凝胶的照片，采纳 26 号针头注射工艺制备。D) HA-DA、E) HA-DA/[email protected](0.25%) 和 F) HA-DA/[email protected](0.5%) 的 SEM 图像。G) HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 水凝胶的粘度，剪切速率为 0.1 到 100 s-1。H) HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 水凝胶的储能模量 (G') 和消耗模量 (G")。I) 三种水凝胶在完全膨胀状态下压缩的弹性模量。J) HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 水凝胶的电导率。K) Nyquist 曲线和 L) HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 水凝胶的阻抗谱。
图4 HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 水凝胶的细胞相容性。A-C) 接种在 HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 水凝胶上的 NSC 的活/去世细胞染色。活细胞被染成绿色，去世细胞被染成赤色（比例尺 = 100 µm）。D-F）在 HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 水凝胶上造就的 MSC 的共聚焦荧光图像。F-肌动卵白和细胞核分别用荧光赤色和蓝色标志（比例尺 = 100 µm）。G) 在增殖造就基中造就 1、3 和 5 天后，HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 水凝胶上 NSC 的细胞活力。
图5 HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 水凝胶上的体外 NSC 分解。A) HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 水凝胶上免疫染色细胞的共聚焦荧光显微照片。B-E) 借助 ImageJ 软件对 Nestin、GFAP、Tuj1 和 MAP2 免疫染色图像的均匀光强度举行统计阐发。分别对 HA-DA 和 HA-DA/[email protected] 水凝胶上的神经特异性基因 F) Nestin、G) GFAP、H) Tuj1 和 I) MAP2 的表达程度举行 qPCR 阐发。
图6 用导电 HA-DA/[email protected] 水凝胶治疗后 SCI 大鼠的活动功效规复。A) 假手术组、SCI 组和水凝胶组中大鼠的代表性足迹。B) 术后第 6 周大鼠的功效规复情形，通过 BBB 评分举行评估。C) SCI 大鼠在手术后第 6 周的典范后肢扩张状态。D) 对术后第 6 周网络的脊髓纵切面举行构造学查抄。
图7 导电水凝胶植入促进内源性血管天生和免疫调治。从 A1、A3) SCI、B1、B3) HA-DA 水凝胶和 C1、C3、D1、D3) HA-DA/[email protected] 水凝胶组中的大鼠得到的纵向脊髓切片的免疫构造荧光图像。A2-D2,A4-D4) 方框地区是来自 SCI 大鼠病变中间的代表性放大免疫荧光图像。比例尺表现 1 mm in (A1–D1,A3–D3) 和 100 µm in (A2–D2,A4–D4)。E) IL-10、F) TNF-a、G) CD31 和 H) VEGF 免疫荧光的定量阐发。I) IL-10、J) TNF-a、K) CD31 和 L) 通过 qRT-PCR 评估的脊髓标本中的 VEGF 基因表达程度。
图8 导电水凝胶植入促进内源性神经产生。术后第 6 周从 A1、A3) SCI、B1、B3) HA-DA 水凝胶和 C1、C3、D1、D3) HA-DA/[email protected] 水凝胶组中得到的纵向脊髓切片的免疫构造荧光图像手术 A2-D2,A4-D4) 方框地区是来自 SCI 大鼠病变中间的代表性放大免疫荧光图像。E) Tuj1、F) GFAP、G) NF200 和 H) MAP2 免疫荧光的定量阐发。I) Tuj1、J) GFAP、K) NF200 和 L) 通过 qRT-PCR 评估的脊髓标本中的 MAP2 基因表达程度。
【总结】
开辟了一种基于在 HA 水凝胶基质中掺入导电和可生物降解的 GeP 纳米片的可注射水凝胶，而且制备的具有可注射、可生物降解、导电和粘合特性的 HA-DA/[email protected] 生物混淆水凝胶在脊髓伤害修复。HA-DA/[email protected] 水凝胶体现出优秀的生物相容性，并在体外加快 NSC 向神经元的分解。体内植入的 HA-DA/[email protected] 水凝胶可以激活病变地区的内源性 NSC 神经产生并改进大鼠脊髓伤害模子中活动功效的规复。别的，HA-DA/[email protected] 水凝胶可以在构造再生历程中诱导免疫调治和内源性血管天生。将导电和可生物降解的 GeP 纳米质料联合到生物相容性水凝胶中，将为先辈生物质料的设计提供新的看法，这些质料在电活性构造的构造工程中的遍及应用，如心肌、骨骼肌和神经。
参考文献：
doi.org/10.1002/adfm.202104440
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