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  利用有序的材料結(jié)構(gòu)引導(dǎo)細(xì)胞取向生長是組織工程領(lǐng)域一項重要的策略。細(xì)胞的取向生長可以顯著改變細(xì)胞的黏附、增殖、遷移和分化行為，尤其是干細(xì)胞的定向分化。然而，材料和細(xì)胞之間缺乏有效的通訊方式，材料與細(xì)胞等生物元件的界面的親和性差，因此調(diào)控材料的細(xì)胞親和性和增加細(xì)胞生長的有序性是此領(lǐng)域重要的研究課題。雖然利用有序的材料圖案基底可以獲得某些細(xì)胞取向生長的結(jié)果，但當(dāng)今多數(shù)接觸引導(dǎo)技術(shù)，如光刻蝕技術(shù)和自組裝技術(shù)，存在價格昂貴，過程繁雜，條件嚴(yán)苛，需要專用的儀器，結(jié)果不能夠重復(fù)的問題，制約了這項技術(shù)的實際應(yīng)用。

  暨南大學(xué)劉明賢教授團(tuán)隊針對3D打印聚乳酸材料不能夠較好地引導(dǎo)細(xì)胞取向生長的問題，提出了一種新穎的策略。相關(guān)成果以“Halloysite nanotubes coated 3D printed PLA pattern for guiding human mesenchymal stem cells (hMSCs) orientation”為題，發(fā)表于化工材料領(lǐng)域著名期刊《Chemical Engineering Journal》上。該論文結(jié)合聚乳酸的3D打印技術(shù)、生物粘附劑多巴胺界面改性技術(shù)并采用自然界中廣泛存在的天然礦物埃洛石納米管的良好的細(xì)胞黏附性，實現(xiàn)了適合細(xì)胞取向生長的接觸引導(dǎo)材料的大面積高效制備。

埃洛石納米涂層改性的3D打印聚乳酸細(xì)胞引導(dǎo)材料制備流程圖

  在這項研究中，通過將3D打印的聚乳酸（PLA）圖案浸入多巴胺和埃洛石納米管（HNTs）溶液中來改善細(xì)胞取向的能力，制備了具有不同條紋寬度的HNTs涂覆的3D打印PLA基質(zhì)圖案。研究發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整3D打印參數(shù)，可以方便地獲得具有不同條紋寬度(0.05~0.3 mm)的PLA規(guī)則圖案。在多巴胺聚合成為聚多巴胺（PDA）后，一層PDA @HNTs雜化涂層均勻涂覆在PLA圖案表面，并且和基底的結(jié)合力牢固。不同條紋寬度的3D打印PLA圖案能夠不同程度地誘導(dǎo)成骨細(xì)胞和干細(xì)胞取向生長。隨著條紋寬度的減小，細(xì)胞取向角分布變窄。當(dāng)條紋寬度為0.05 mm時，細(xì)胞取向角接近0°，而空白對照組則具有-90°至90°范圍內(nèi)的大的細(xì)胞取向角。隨著PLA條紋寬度的減小，細(xì)胞的平均取向角減小。0.05 mm HNTs涂覆的PLA圖案的平均取向角最低達(dá)到2.49°，這是因為細(xì)胞在擴(kuò)散過程中受到基質(zhì)幾何圖案的限制，迫使細(xì)胞偽足只沿PLA條紋方向生長。PDA@HNTs涂層改善了聚乳酸材料的粗糙度和親水性，0.05 mm寬度的PLA條紋圖案平均水接觸角從67.0°降至57.6°。PDA@HNTs涂層還能夠增強(qiáng)細(xì)胞在聚乳酸材料上的黏附和增殖。CCK-8檢測結(jié)果表明在細(xì)胞培養(yǎng)1天和3天后，修飾的PLA圖案的OD值均高于純PLA圖案的OD值。這表明HNTs涂層和PDA涂層可以同時改善細(xì)胞與PLA圖案的粘附。PDA@HNTs涂層修飾的PLA圖案的細(xì)胞活性較高，這是因為PDA固定住了HNTs，增強(qiáng)了HNTs對PLA基底的粘附性，從而提高了材料的生物相容性�？傊�，PDA和HNTs修飾后的PLA圖案之所以細(xì)胞粘附和增殖能力提高，主要是因為PDA和HNTs的生物活性及材料表面粗糙度的改善。

HNTs涂覆的3D打印PLA圖案表面上的hMSCs熒光顯微鏡照片（A）。不同條紋寬度的3D打印PLA圖案細(xì)胞取向角和平均取向角的分布（B和C）。不同表面改性的PLA圖案OD值檢測結(jié)果（D）

  該工作的意義在于結(jié)合了三種最新技術(shù)的優(yōu)勢，即3D打印制造技術(shù)、生物界面調(diào)控技術(shù)和納米新材料技術(shù)，不僅拓寬了生物黏土埃洛石的應(yīng)用領(lǐng)域，還高效率低成本地制備出了高性能的細(xì)胞取向生長基底材料，這種技術(shù)在組織工程支架、創(chuàng)傷愈合材料和生物傳感器領(lǐng)域有較高地應(yīng)用前景。這項納米涂覆技術(shù)也有望在其他類型材料的表面改性上獲得廣泛應(yīng)用，從而提高材料的某些關(guān)鍵性能。

  該團(tuán)隊碩士生吳帆為論文的第一作者，暨南大學(xué)劉明賢教授為論文的唯一通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家自然基金青年項目、“廣東特支計劃”科技青年拔尖人才和廣州市珠江科技新星項目等項目的資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.11.145

  實驗室網(wǎng)頁：http://www.jnulmx.icoc.cc/