掺杂漆酸的多吡咯纳米纤维垫在组织工程中的潜在应用

《Nano Trends》：Laccaic acid-doped polypyrrole incorporated nanofibrous mats for potential application in tissue engineering

绿色合成LAC@PPy并构建PVA-GA/LAC@PPy纳米纤维 scaffold S3，证实其具有124.3×10?3 S/m高导电性、15-18mm广谱抗菌性、无溶血性及显著促进WI-38和L929细胞增殖作用，为人工ECM提供新型生物活性材料。

　　本研究聚焦于一种新型的导电聚合物材料，即通过天然提取物——壳聚糖（Laccaic acid）合成的聚吡咯（Polypyrrole，简称PPy），并将其整合至聚乙烯醇（PVA）与甘醇酸（Glycolic acid）构成的纳米纤维支架中。这一材料体系被命名为LAC@PPy/PVA-GA纳米纤维（S3），旨在开发一种适用于组织工程的生物相容性材料，特别是用于皮肤组织再生。研究团队由来自印度加尔各答大学的多位科学家组成，他们通过一系列实验，评估了这种新型材料的物理化学特性、生物相容性以及抗菌性能，以期探索其在生物医学领域的潜在应用。

导电聚合物因其良好的导电性，已被广泛研究用于生物活性支架材料。这类材料不仅能够促进细胞的电刺激，还能在组织修复过程中发挥重要作用。然而，传统方法中使用有毒酸（如硫酸或盐酸）进行掺杂，可能限制了其在生物医学中的广泛应用。为了解决这一问题，研究团队采用了一种绿色合成方法，使用从天然树脂壳聚糖中提取的Laccaic酸作为掺杂剂，合成出具有导电特性的PPy材料（LAC@PPy）。这种方法不仅减少了对有毒化学物质的依赖，还保留了材料的生物相容性，使其更适用于生物医学应用。

在合成过程中，研究团队首先将2.5克壳聚糖置于20毫升水中，经过一夜浸泡后，通过滤纸过滤获得可溶性的Laccaic酸提取物。随后，将一定量的Laccaic酸提取物与吡咯单体和过硫酸铵（APS）混合，启动聚合反应。这一过程不仅生成了具有导电特性的PPy纳米颗粒，还利用Laccaic酸作为软模板，调控PPy的纳米形态，使其具备更稳定的结构和优异的生物活性。

为了进一步提升支架的性能，研究团队将LAC@PPy纳米颗粒引入PVA和甘醇酸组成的纳米纤维中。通过优化纳米纤维的制备参数，成功获得了直径在127.5纳米左右的均匀纳米纤维。这种纳米纤维具有较大的比表面积，为细胞的附着、迁移和增殖提供了理想环境。此外，纳米纤维的表面结构有助于模拟天然细胞外基质（ECM），从而促进细胞的生长和组织的再生。

研究团队对所制备的LAC@PPy和纳米纤维支架进行了系统的物理化学表征。通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析，他们确认了纳米纤维的均匀分布和良好的形态结构。此外，利用动态光散射（DLS）技术测量了LAC@PPy的粒径，结果表明其粒径在70-80纳米之间，具有良好的分散性。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析进一步证实了LAC@PPy的成功合成，其特征峰与文献报道一致，表明材料的化学结构和组成得到了有效调控。

为了评估材料的生物相容性，研究团队进行了多项实验，包括抗氧化活性测试、抗菌性研究、血液相容性分析以及细胞增殖和迁移实验。在抗氧化测试中，使用1,1-二苯基-2-三硝基肼（DPPH）方法，结果显示S3支架具有显著的抗氧化活性，其抑制率高达80%。这一特性使其在组织工程中具备一定的抗自由基损伤能力，有助于细胞的长期存活和功能维持。

在抗菌性测试中，S3支架表现出显著的抗菌效果，对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）均显示出有效的抑制作用，其抑制区域分别为18毫米和15毫米。这一结果表明，LAC@PPy纳米颗粒不仅具备良好的导电性，还能够通过其表面电荷特性，对细菌产生一定的电击作用，从而增强抗菌性能。

血液相容性研究则聚焦于支架对红细胞（RBC）的影响。通过观察红细胞在支架表面的形态变化，研究团队发现S3支架不会引起红细胞的明显损伤，同时能够促进红细胞的聚集。这一特性表明，该材料在体内环境中具有良好的血液相容性，不会引发凝血障碍或溶血现象，从而为其在体内应用提供了重要保障。

细胞增殖和迁移实验则进一步验证了S3支架的生物相容性。通过MTT法检测细胞活力，结果显示S3支架在72小时后细胞存活率高达161.33%，显著高于对照组。此外，细胞划痕实验表明，S3支架能够显著促进WI-38细胞的迁移和增殖，48小时内实现了完全的伤口修复。这一结果表明，S3支架不仅能够支持细胞的附着和生长，还能通过其导电特性促进细胞的增殖和分化，从而加速组织的再生过程。

为了进一步探讨S3支架在组织工程中的应用潜力，研究团队还进行了α-微管阳性细胞骨架染色实验。结果显示，S3支架能够显著促进细胞骨架的形成，表明其具备良好的细胞支持特性。这一特性对于组织再生尤为重要，因为细胞骨架的稳定性直接关系到细胞的迁移、增殖和功能发挥。

此外，研究团队还对S3支架的机械性能进行了评估。通过拉伸测试，他们发现S3支架的拉伸强度为2.32 MPa，而S1和S2的拉伸强度分别为2.76 MPa和2.63 MPa。虽然S3的拉伸强度略低于S1和S2，但其仍处于适宜的范围，能够为细胞提供足够的机械支持，同时保持良好的柔韧性和可加工性。这种平衡使得S3支架在组织工程中具有独特的应用优势。

综上所述，本研究成功开发了一种基于LAC@PPy和PVA-GA的纳米纤维支架材料，其在导电性、抗菌性、血液相容性以及细胞增殖和迁移方面均表现出优异的性能。这种材料不仅避免了传统方法中使用有毒化学物质的问题，还通过其独特的结构和功能特性，为皮肤组织再生提供了一种新型的生物活性支架。其高生物相容性、良好的抗菌性能以及优异的抗氧化能力，使其在生物医学领域展现出广阔的应用前景。未来，该材料有望用于开发更安全、高效的组织工程产品，特别是在伤口修复和皮肤再生方面，具有重要的科学价值和临床应用潜力。