东华大学莫秀梅教授在静电纺生物材料与组织工程领域的研究进展

　　莫秀梅教授
　　莫秀梅，1961年12月生。生物材料与组织工程学科教授、博士生导师。本科和硕士毕业于华东理工大学，博士毕业于东华大学，1991-1997年为华东理工大学材料科学院副教授，1997-1999年为日本京都大学再生医科学研究所博士后，1999-2003年为新加坡国立大学生物医学工程研究员，2003-2004年为德国亚琛工业应用技术大学访问教授，自2004年10月海外引进为东华大学教授，在东华大学组建了生物材料与组织工程研究室，开展静电纺纳米纤维仿生组织细胞外基质用于组织再生的研究，发表文章300多篇，申请专利87项，授权27项。
　　在纳米纤维用于血管再生、皮肤再生、神经再生、肌腱再生和软骨再生中做出了许多成果，ISI Web of Science显示她在静电纺丝领域的研究论文发表世界排名第七。研究成果分别荣获2008年上海市技术发明一等奖，2009年国家科技进步二等奖，2015年上海市自然科学三等奖。现担任中国复合材料学会超细纤维分会副主任委员，中国生物材料学会理事，中国生物医学工程协会生物材料分会理事，为＂Frontiers of Materials Science＂国际刊物编委。
　　研究方向:
　　生物材料，纳米纤维，组织工程，再生医学。
　　1.静电纺纳米纤维在生物医学中的应用，包括小血管、神经、皮肤、骨和软骨等组织的再生，药物及活性物质的缓释
　　2.新型生物材料的研究开发，包括医用水凝胶，可降解聚合物的合成及应用研究
　　3.三维快速成型制备组织工程支架及在骨和软骨再生中的应用
　　Acta Biomaterialia：一种可降解的多功能纳米纤维膜用于牙周组织再生
　　结合了可降解材料：聚乳酸(PLA)，明胶(gelatin)和纳米氧化镁(nMgO)颗粒其各自的优点，在优化纺丝条件后，成功通过共混静电纺丝技术制备出了PLA/gelatin/nMgO复合纳米纤维膜。PLA/gelatin/nMgO复合纳米纤维膜能很好地阻止成纤维细胞的快速渗入，起到屏障成纤维组织侵入牙槽骨中的作用。以大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)为模式细胞，发现含有0.5%-1.5%nMgO的纳米纤维膜具有优异的促干细胞成骨分化作用。
　　Xuezhe Liu,et al., A biodegradable multifunctional nanofibrous membrane for periodontal tissue regeneration, Acta Biomaterialia, 2020, 108, 207-222,DOI: 10.1016/j.actbio.2020.03.044
　　Bioactive Materials：静电纺三维纳米纤维支架/气凝胶的研究前沿
　　本文综述了近年来静电纺三维纳米纤维气凝胶及支架的制备方法、包括气体发泡法、直接三维静电纺、纳米短纤维组装法、短纤维3D打印法、电喷射法、电纺膜折叠法、离心电纺法等。此外，还介绍了这些方法的优缺点、应用领域和发展方向。这些具有各种优异功能的气凝胶和支架在各个领域都具有巨大的潜力。
　　Yujie Chen,et al., Advanced fabrication for electrospun three-dimensional nanofiber aerogels and scaffolds, Bioactive Materials, 2020, 5, 963-979, DOI: 10.1016/j.bioactmat.2020.06.023
　　Acta Biomaterialia：多功能纳米纤维的仿生和分级神经导管引导周围神经再生
　　本研究采用多尺度策略，以柞蚕丝素(ApF)/(聚l -乳酸-己内酯)(PLCL)/氧化石墨烯(GO) (ApF/PLCL/GO)纳米纤维为原料，通过纳米纤维分散、模板成型、冷冻干燥和交联制备三维仿生神经导管。体外研究表明，该三维仿生神经支架具有为神经元细胞生长提供有效引导界面的能力。导管在12周内几乎完全降解。这些结果表明，具有束状结构的三维层次神经引导管(NGC)在周围神经修复方面具有巨大的潜力。
　　Juan Wang, et al., Biomimetic and hierarchical nerve conduits from multifunctional nanofibers for guided peripheral nerve regeneration, Acta Biomaterialia, 2020, 117, 180-191,DOI: 10.1016/j.actbio.2020.09.037
　　Acta Biomaterialia：PEG和肝素的共价移植改善了电纺血管移植物在颈动脉置换中的生物学性能
　　为了实现顺应性匹配和快速内皮化，我们合成了低初始模量聚(酯-聚氨酯)脲(PEUU)弹性体，并将其制备成电纺丝管状接枝体，然后用聚乙二醇(PEG)和肝素进行共价接枝功能化。PEG和肝素的共价移植显着促进了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的粘附、扩散和增殖，并上调了血管内皮细胞相关基因的表达，并增加了移植物防止血小板沉积的能力。在兔模型中用 PEUU@PEG-Hep 移植物替换切除的颈动脉表明，该移植物能够快速内皮化，启动血管重塑，并保持通畅。
　　Tonghe Zhu, et al., Covalent grafting of PEG and heparin improves biological performance of electrospun vascular grafts for carotid artery replacement, Acta Biomaterialia, 2021, 119, 211-224, DOI: 10.1016/j.actbio.2020.11.013
　　Journal of Materials Chemistry B：探索载有氧化锌纳米粒子的PLGA /丝素蛋白基电纺膜的抗菌和伤口愈合潜力
　　在这项研究中，制备了具有和不具有ZnO NP的PLGA/SF（PS）纳米纤维（NF）膜，并对它们的各种理化和生物学特性进行了广泛表征。ZnO的抗菌活性呈浓度依赖性增加，并且PLGA/SF/3％ZnO（PSZ3）仍对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有完全活性。更重要的是，评估了NF膜的体内作用伤口愈合潜力。PSZ3 NF膜不仅促进了伤口的早期闭合，而且通过组织病理学分析证实了伤口愈合质量的显着提高。再上皮形成，肉芽组织形成，胶原蛋白沉积和血管生成是负载ZnO的复合NF膜显着提高的一些关键参数。
　　Atta ur Rehman Khan, et al.,Exploration of the antibacterial and wound healing potential of a PLGA/silk fibroin based electrospun membrane loaded with zinc oxide nanoparticles, Journal of Materials Chemistry B, 2021, 9, 1452-1465, DOI: 10.1039/d0tb02822c
　　Composites Part B: Engineering：用于肌腱-骨组织工程的连续矿物梯度编织支架
　　为了最大限度地模拟肌腱-骨界面的四个不同区域，通过静电纺丝和传统纺织制造的组合策略，实现了一种具有空间矿物分布的新型三维(3D)羟基磷灰石(HA)梯度支架。该支架允许从每个片段以梯度方式持续释放钙离子。此外，该支架具有良好的力学性能和结构各向异性。矿化片段促进了小鼠胚胎成骨细胞前体细胞（MC3T3-E1）的增殖，促进了大鼠骨髓干细胞（rBMSCs）的成骨分化，而非矿化片段促进了rBMSCs的肌腱细胞分化。HA梯度支架能够在空间上引导rBMSCs的分化，导致新组织的形成，其结构、生化和生物力学特征类似于腱骨插入部位。
　　Xianrui Xie, et al., A woven scaffold with continuous mineral gradients for tendon-to-bone tissue engineering, Composites Part B: Engineering, 2021, 212, 108679, DOI: 10.1016/j.compositesb.2021.108679
　　Bioactive Materials：多功能生物活性核-壳电纺膜能够终止炎症循环并促进糖尿病伤口的血管生成
　　报告了一种采用ZnO纳米颗粒（NP）和牛至精油（OEO）负载的多功能复合NF膜，采用了一种新的负载策略，能够持续共递送生物活性剂。物化特性表明，成功制备了具有强大的体外抗菌和抗氧化活性的负载纳米纤维。此外，体内伤口愈合证实了生物活性NF膜在上皮形成和肉芽组织形成中的潜力。通过血管内皮生长因子（VEGF）的表达，具有生物活性的NF膜极大地促进了血管生成。此外，拟议的NF膜通过下调促炎性细胞因子白介素-6（IL-6）和基质金属蛋白酶9（MMP-9）成功终止了炎性循环。
　　Atta Ur Rehman Khan, et al.,Multifunctional bioactive core-shell electrospun membrane capable to terminate inflammatory cycle and promote angiogenesis in diabetic wound, Bioactive Materials,2021, 6, 2783-2800, DOI: 10.1016/j.bioactmat.2021.01.040
　　Journal of Colloid and Interface Science：用于软骨再生的三维多孔气体发泡电纺纳米纤维支架
　　采用动态液体支撑(DLS)静电纺丝系统制备了二维静电纺丝聚(l-乳酸-co-ε-己内酯)/丝素(PLCL/SF)支架(2DS)，并与透明质酸(HA)交联，进一步模拟天然软骨的微结构。随后，通过原位气体发泡和冷冻干燥成功制备了三维 PLCL/SF 支架（3DS）和 HA 交联的三维支架（3DHAS）。与其他支架相比，3DHAS 显示出更好的软骨细胞增殖和表型维持。植入后8周外植的细胞支架结构的组织学分析表明，3DS和3DHAS支架均形成软骨样组织，3DHAS支架中形成的软骨缺损更为成熟。在兔全层关节软骨模型中植入长达 12 周后，可观察到支架的修复能力。
　　Yujie Chen, et al., Three-dimensional porous gas-foamed electrospun nanofiber scaffold for cartilage regeneration, Journal of Colloid and Interface Science, 2021, 603, 94-109, DOI: 10.1016/j.jcis.2021.06.067
　　Advanced Healthcare Materials：用于快速止血的共轭电纺 3D 明胶纳米纤维海绵
　　新型共轭静电纺丝法制备连续互连纳米纤维的超轻三维明胶海绵。独特的蓬松纳米纤维结构赋予海绵低密度、高表面积、可压缩性和超强吸液能力。大鼠皮下植入研究表明明胶纳米纤维海绵具有良好的生物相容性和生物降解性。明胶纳米纤维海绵大量聚集和活化血小板，加速血小板栓塞的形成，同时促进其他外源性和内源性凝血途径，共同促成其优越的止血能力。与明胶纳米纤维膜、医用纱布和商用明胶止血海绵相比，明胶纳米纤维海绵可快速诱导稳定的血凝块，且失血最少。
　　Xianrui Xie, et al.,Conjugate Electrospun 3D Gelatin Nanofiber Sponge for Rapid Hemostasis, Advanced Healthcare Materials, 2021,DOI: 10.1002/adhm.202100918