加水分解およびアミノリシスによるポリカプロラクトンナノファイバーの表面修飾：構造特性、機械的特性、および細胞性能に関する比較研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9434 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

加水分解とアミノ分解は、疎水性組織工学足場の表面修飾に一般的に使用される 2 つの主要な化学的方法です。 化学試薬の種類、濃度および処理時間は、生体材料に対するこれらの方法の効果を決定する主な要因です。 本研究では、電界紡糸されたポリ (ℇ-カプロラクトン) (PCL) ナノファイバーが加水分解とアミノリシスによって修飾されました。 加水分解およびアミノリシスに適用した化学溶液は、それぞれ NaOH (0.5 ～ 2 M) およびヘキサメチレンジアミン/イソプロパノール (HMD/IPA、0.5 ～ 2 M) でした。 加水分解およびアミノ分解処理については、3 つの異なるインキュベーション時点が事前に決定されました。 走査型電子顕微鏡の結果によると、形態学的変化は、高濃度の加水分解溶液(1 M および 2 M)および長時間の処理時間(6 時間および 12 時間)でのみ現れました。 対照的に、アミノリシス処理は、エレクトロスピニングされた PCL ナノファイバーの形態学的特徴にわずかな変化を引き起こしました。 どちらの方法でも PCL ナノファイバーの表面親水性は著しく向上しましたが、加水分解による影響は比較的大きかったです。 一般的な傾向として、加水分解とアミノ分解の両方により、PCL サンプルの機械的性能が中程度に低下しました。 エネルギー分散分光分析により、加水分解およびアミノ分解処理後の元素の変化が示されました。 しかし、X 線回折、熱重量分析、および赤外分光分析の結果では、処理後の顕著な変化は示されませんでした。 線維芽細胞はよく広がり、両方の処理グループで紡錘状の形状を示しました。 さらに、3-(4,5-ジメチルチアゾール-2-イル)-2,5-ジフェニルテトラゾリウムブロミド (MTT) アッセイによれば、表面処理手順により PCL ナノファイバーの増殖特性が改善されました。 これらの発見は、加水分解およびアミノ分解処理によって修飾された PCL ナノ繊維サンプルが組織工学用途の潜在的に有利な候補と考えられることを示しました。

組織工学は、人工足場、細胞、および適切な物理化学的および生化学的薬剤の組み合わせを適用して、損傷した組織の修復および/または再生を改善することを目的とした学際的なアプローチです。 これらの因子の中でも、足場は、細胞が接着、増殖、分化、移動し、望ましい機能を引き出すために潜在的に適切な基質を提供することにより、再生プロセスにおいて重要な役割を果たします 1,2。

ナノ材料の出現は、より望ましい足場を開発するためのその固有の能力を通じて、組織工学のアプローチに革命をもたらしました。 ナノ構造は、正確に調整された特性を備えた革新的な材料であり、組織工学用途における足場および薬物送達ビヒクルとして適用可能です。 近年、組織工学用途向けに幅広いナノ構造が開発され、評価されています 3、4、5。 中でも、エレクトロスピニングされたナノファイバーは、高い表面積対体積比、天然の細胞外マトリックス (ECM) の模倣、および幅広い天然、合成、およびさまざまな材料から製造できる可能性など、いくつかのユニークな特性により前例のない注目を集めています。異なる形状、形態、構造の半合成ポリマー6、7、8、9。 さらに、製造プロセス中または製造プロセス後に、薬剤やさまざまな治療薬を充填、組み込み、機能化することができます10、11、12、13、14。

天然ポリマー源から取得されたナノ繊維足場は、有望な生体適合性、迅速な生分解速度、および細胞との好ましい相互作用を示しています。 しかし、これらの構造は通常、原料ポリマーのバッチごとの変動や、得られる足場の機械的特性の低下に悩まされます 15、16。 あるいは、ポリグリコール酸（PGA）、ポリ乳酸（PLA）、ポリ（ε-カプロラクトン）（PCL）などの一部の合成ポリマー（ポリエステル）のナノファイバーは、組織工学目的の有益な候補となり得ます。 例えば、PCL から得られたナノファイバーは、半結晶性線状ポリエステルとして、適切な生体適合性および生分解挙動とともに望ましい機械的性能を示す大きな可能性を持っています 17,18。

しかし、PCL ナノファイバーの疎水性と貧弱な細胞接着プロファイルは、組織工学分野における PCL ナノファイバー足場の応用を大きく妨げる主な欠点です。 ナノ繊維材料の表面湿潤性が低いと、その生物活性が低下するだけでなく、細胞毒性効果を誘発する可能性があることが明らかに知られています 19。 したがって、PCL ナノファイバーは、その表面の濡れ性が変更されない限り、理想的な足場になることができません。 幸いなことに、これらの問題は、生物活性剤や天然ポリマーとのブレンドや共エレクトロスピニング、表面グラフト重合、プラズマ処理、湿式化学修飾法などのいくつかの異なるアプローチを適用することで主に対処できます20、21、22、23、24。

天然ポリマーとのブレンドまたは共エレクトロスピニングは、PCL ベースのナノ繊維足場の修飾に広く使用されている技術です。 しかし、日常的な溶媒中での天然および合成ポリマーの不混和性、および混合プロセス中の生物活性剤の不活性化の可能性について大きな懸念があります 6,25,26。 さらに、このアプローチで主に使用される溶媒の一部は、生物学的に有害な物質として知られています27。

生物活性剤の表面グラフト重合は、ナノ繊維膜に多機能性を導入するとともに、PCL ナノ繊維の表面を修飾するよく知られたアプローチです。 しかし、この方法が成功するかどうかは、PCL ナノファイバー上の高密度で配向した表面官能基が生物活性剤と相互作用できるかどうかに大きくかかっています。 したがって、このアプローチは、簡単には達成できない効果的な表面共役/重合技術を使用して実行する必要があります 28,29。

プラズマ処理も、PCL ナノファイバーの表面を活性化するための低圧ガスプロセスに基づく有名なアプローチです。 この技術では、酸素、アルゴン、窒素、二酸化炭素などのさまざまな供給ガスを適用して、PCL ナノファイバーの表面にカルボン酸、アミン、ヒドロキシル基を導入できます。 導入された表面官能基は、表面を活性化することによって PCL ナノファイバーの一部の特性を変更できます 30,31。 しかし、大きな欠点として、この修飾技術はナノ繊維マットの表面活性化のみを誘発し、サンプルの大部分は効率的に修飾されません 32。

湿式化学修飾は、PCL ナノファイバーの表面修飾のための簡単で直接的かつ効率的なアプローチです。 PCL ナノファイバーの微細構造内のエステル基 (-COO-) は、アルカリ処理によって容易に加水分解されてヒドロキシル基とカルボン酸基になります。 この修飾により、PCL ナノ繊維マットの表面湿潤性および細胞挙動が著しく改善されることが証明されています。 例として、Chen et al. 表面修飾された PCL ナノファイバー上で培養された 3T3 線維芽細胞の拡散と付着が明らかに強化されました。 5 M NaOH 溶液で 3 時間処理したこれらの PCL ナノファイバーは、表面の濡れ性が大幅に向上しました 7。 別の研究では、Parkら33は、未処理のPCLナノファイバーと比較して、処理済みPCLナノファイバー(1N NaOHで1時間)上では骨芽細胞の細胞付着と増殖が著しく良好であることを示した。

さらに、ジアミン化合物を使用したアミノ分解反応により、PCL ナノファイバーに活性アミノ基を導入することができます。 このプロセスでは、1 つのアミノ基が PCL のエステル基と反応して –CONH- (共有結合) を形成し、化合物のもう 1 つのアミノ基が PCL ナノファイバーの表面にぶら下がります。 生成されたままのアミノ基はリンカーとして機能し、PCL ナノファイバー表面への生体分子やその他の生理活性物質の付着部位を促進します。 この機能は、親水性や水分吸収能力の強化など、PCL ナノ繊維膜にいくつかの貴重な利点を提供します。 さらに、アミノ分解された PCL サンプルは、分解中に生成される中和された酸性副産物のおかげで、優れた生体適合性と、生体分子の生体結合および細胞の固定のための活性部位にアクセスしやすくなっている可能性があります 34。

現在の研究では、さまざまな加水分解およびアミノ分解サンプルを調製し、PCL エレクトロスピニング ナノファイバーの物理的、機械的、および細胞適合性に対する加水分解とアミノ分解の潜在的な影響を比較研究しました。 図 1 は、この研究で適用された化学処理の分子機構の概略図を示しています 35、36、37、38。 反応剤の濃度と反応時間を変化させて、PCL ナノファイバーに対する処理条件の修飾効果を比較しました。 この目的のために、ニート PCL ナノ繊維マットと処理サンプルの代表的なものを、微細構造、機械的および細胞挙動の側面から十分に研究しました。

PCLナノファイバーの表面修飾（加水分解・アミノ分解処理）の分子機構を説明します。

そのままのサンプルと修飾されたサンプルの電界放出走査型電子顕微鏡写真を利用して、PCL ベースのナノ繊維足場の構造的および形態学的特性を調査しました。 加水分解およびアミノ分解されたＰＣＬサンプルの得られた顕微鏡写真を図１および図２に示す。 2 と 3 も同様です。 エレクトロスピニングされた PCL 足場は、修飾サンプルを調製するための基本的なプラットフォームであるため、その形態学的特徴を正確に検査する必要がありました。 適切に作製された足場から予想されるように、PCL サンプルは、不均一な相互接続された細孔から組織化された三次元多孔質構造を示します。 一般に、PCL は滑らかなナノファイバーを備えたビーズのないナノファイバー構造を持っていました。 構造の観点からは、PCL サンプルの構造内で不織布とランダムに配向したナノファイバーを明確に区別することができました。 対応する顕微鏡写真（図２ａ）によれば、ＰＣＬナノファイバーは、滑らかで均一な骨格を有するという点で望ましい表面形態を示している。 Image J ソフトウェアを使用して PCL サンプルの気孔率と気孔サイズを調べ、多孔質構造を定量的に調査しました。 PCL サンプルの気孔率と平均気孔サイズは、それぞれ約 43 ± 17% と 1512 ± 816 nm であることがわかりました。 さらに、PCL サンプルの平均繊維直径は 305 ± 148 nm と計算され、これは以前の研究の結果と一致していました 39。

さまざまな濃度の NaOH 溶液でさまざまなインキュベーション時間点 (1、6、および 12 時間) で処理した PCL ナノ繊維サンプルの FESEM 画像。 (a) プリスティン PCL、(b) S1、(c) S2、(d) S3、(e) S4、(f) S5、(g) S6、(h) S7、(i) S8、(j) S9 。 赤い矢印は、ナノファイバーの構造欠陥と破損を示します。

さまざまなインキュベーション時点 (1、12、および 24 時間) でさまざまな濃度の HMD/IPA 溶液で処理した PCL ナノ繊維サンプルの FESEM 画像。 (a) プリスティン PCL、(b) S10、(c) S11、(d) S12、(e) S13、(f) S14、(g) S15、(h) S16、(i) S17、および (j) S18.

加水分解サンプルの場合、溶液の濃度が 0.5 M で一定に保たれた場合、PCL ナノファイバーは処理時間を延長しても (1 時間から 12 時間まで) 形態の急激な変化に耐えられませんでした。 より正確には、PCL ナノファイバーの滑らかで均一な形態が大幅に変化しただけでなく、平均繊維直径と空隙率も比較的一定のままでした。 たとえば、S1 サンプルの場合、平均繊維直径 (314 ± 143 nm) と気孔率 (41 ± 12%) は、PCL サンプルで得られた測定値に近かったです。

1 M NaOH の場合、1 時間の処理後、ナノ繊維構造は無傷で欠陥のないままでした (S4 サンプル)。 しかし、インキュベーション時間を 6 時間および 12 時間に増やすと (S5 および S6 サンプル)、平坦な形態が現れ、隣接するナノファイバーが空間的に詰め込まれました。 たとえば、S6 サンプルのナノファイバーの結果として得られた平均直径は、402 ± 276 nm への直径の明らかな変化を示しましたが、このサンプル (S6) の多孔率は PCL と非常に類似していることがわかりました。 NaOH の濃度が 2 M に増加し、処理時間が 1 時間になった場合 (S7 サンプル)、ナノ繊維構造に実質的な変化は観察されませんでした。 それにもかかわらず、浸漬時間が徐々に 6 時間および 12 時間に延長されると (S8 および S9 サンプル)、加水分解されたナノファイバーの表面に大きな変化が観察されました。 さらに、ナノファイバーの均一で滑らかな構造は、より粗く不均一な構造に変化しました。 さらに、図2iおよびjの赤い矢印に示すように、いくつかの構造欠陥とナノファイバーの破損がPCLの表面に誘発されました。 さらなる調査に基づいて、最も長い浸漬時間（S9 サンプル）でのナノファイバーの多孔率は 36 ± 18% まで大幅に減少したことが明らかになりました。 さらに、S9 サンプルのナノファイバーの平均直径は 381 ± 409 nm と計算されました。

全体として、これらの観察は、PCL が高濃度の加水分解溶液に長時間さらされると、ナノファイバーの表面侵食とその後の繊維直径の変化が発生する可能性があることを示唆しています。 以前の研究でもこれらの発見が確認されました。 Yew et al.23 による研究では、PCL ナノファイバーがさまざまな期間、さまざまなアルカリ加水分解溶液に曝露されました。 彼らは、より高いアルカリ加水分解濃度に長時間浸漬すると、繊維のわずかな浸食と表面の粗さが起こることを発見しました。 その後、ピーリング効果を得るために、PCL ナノファイバー膜の平均厚さの減少が起こりました。

PCLナノファイバー表面へのアミン基の導入に関しては、アミノリシスを利用し、この処理がPCLナノファイバー足場の形態的構造に及ぼす影響を調査した（図3）。 SEM 画像は、アミノ分解後の足場の形態のわずかな変化を実証しました。 さまざまな濃度および時間で処理された足場間に顕著な差はありませんでした。 すべてのアミノ分解サンプルにおいて、PCL ナノ繊維足場の滑らかな表面はしわのような表面に変わり、部分的に粗くなりました。 さらに、アミノ分解されたナノファイバーは融合ナノファイバーを形成する傾向がありました。 さらに、アミノ分解サンプルの直径は、元の PCL と比較してわずかに増加しました。 これを解明するために、S18 サンプルの分析では平均直径 350 ± 190 nm の増加が示されました。これはおそらく融合したナノファイバーによるものです。 さらに、アミノ分解されたすべての PCL ナノファイバーの空隙率は減少し、24 ± 10% と 37 ± 20% の間の値に達しました。 これらのデータは、未使用の PCL (多孔率 41 ± 12%) と比較して、より緻密な繊維密度を示しています。

一般に、図 3 にはサンプルの表面が部分的に変化したことが示されていますが、これらの変化は以前の文献にあるようなそれほど激しいものではありません 40。 Amoures de Sousa らによる別の研究 41 では、アミノ分解プロセス後に PCL ナノファイバーの形態に変化がないことが確認されました。 別の研究では、Krithica らは、10% HMD/IPA を 37 °C で 12 時間使用して、ナノファイバーに窒素含有基を導入しました。 彼らは、この処理がナノファイバーの形態に悪影響を引き起こさなかったと報告しました42。

現在の研究は、PCL 足場の特性に対する 2 種類の湿式化学処理 (アミノリシスと加水分解) の影響を評価するために使用されました。 機能化サンプルの SEM 顕微鏡写真からの我々の発見は、両方の化学処理が PCL の形態学的構造を変化させたとみなしました。 上で議論したように、さまざまな濃度と持続時間のアミノリシス溶液は、PCL サンプルに対して同様の部分的な影響を及ぼしました。 逆に、加水分解サンプルのこれらの変化は、処理溶液の濃度と時間間隔に起因するものでした。 簡単に説明すると、アルカリ加水分解溶液に浸漬することにより、アミノ分解溶液に比べて PCL の形態がより多く変化しました。

加水分解およびアミノ分解処理の評価の実質的な基準として、処理された PCL ナノ繊維マットの表面湿潤性が調査され、未使用の PCL と比較されました。 この点において、定量的な比較を行うために、指定された時点（秒 5）における水接触角（WCA）分析が適用されました（図 4A および B）。 未処理の PCL ナノ繊維サンプルの WCA は 135.09° ± 2.44° と測定され、これはその疎水性の明らかな指標でした。 有望な細胞挙動を得るには、PCL サンプルの疎水性を最適なレベルまで改善する必要があることがすでに証明されています 43。 主に、表面の親水性のバランスが取れていると、細胞の初期接着のためのより多くの固定部位を開発する大きな可能性が得られます。 適切な初期細胞接着により、足場の表面に優れた細胞コロニー形成がもたらされ、さまざまな細胞の拡散、浸潤、増殖に適合するようになります 44。

(A) 加水分解された PCL ナノ繊維サンプルと (B) アミノ分解された PCL ナノ繊維サンプルの水接触角の値。

一般的な傾向として、PCL ナノ繊維膜の表面親水性は湿式化学処理後に改善されました。 明らかに、処理溶液の濃度を高め、インキュベーション時間を延長することにより、加水分解およびアミノ分解手順の両方で PCL サンプルの表面湿潤性が向上しました。 ただし、この改善の量は比較的異なりました。 より正確には、極端な加水分解条件では、極端にアミノ分解されたサンプルと比較して、PCL の WCA がより大幅に減少しました。 それぞれ 57.56° ± 5.61 および 110.41° ± 0.68 WCA を有する S9 および S18 サンプルの場合、それは明確に区別できました。

活性表面官能基 (-OH、-COOH、-NH2) の誘導により、ナノファイバーの親水性が大幅に向上する可能性があります。 言うまでもなく、高度に機能化された表面は水分子の取り込みと保持に優れた能力を持っています。 さらに、アミノ分解ナノファイバーと比較して加水分解ナノファイバーの親水性が大幅に向上しているのは、ヒドロキシル基とカルボキシル基のより広範囲で停止する、より高度な切断反応に起因する可能性があります。 全体的な結果は、処理方法がサンプルの湿潤性を効果的に強化することを検証し、これは以前のいくつかの研究 33、45、46、47 と一致しています。

理想的なナノ繊維足場は、組織工学用途に適用するために望ましい機械的特性を備えている必要があります 48。 このことから、PCL 足場の機械的挙動を評価することが重要でした。 この目的のために、PCL ベースのナノ繊維サンプルに、構造破壊に至るまでの一軸引張試験に基づく評価方法を適用しました。 すべてのサンプルについて得られた応力 - ひずみ曲線から、極限引張強さ (UTS)、ヤング率、および最大応力での伸びを測定しました。 比較を簡素化し、分析可能な傾向を指定するために、加水分解 (S1、S5、S9) およびアミノリシス (S10、S14、S18) について選択したサンプルのみをさらに示し、説明します。 選択されたサンプルの結果は図 5 にまとめられており、他のサンプルの結果は補足データに示されています。 各サンプルの反復結果の変動は避けられないことは言及する価値があります。 これは、エレクトロスピニングプロセスにおける避けられないわずかな変化と、機械的テスト手順における微妙なエラーに起因する可能性があります。 したがって、これらの要因の影響を最小限に抑えるために、潜在的なエラーを減らすために製造プロセスとテスト手順を厳密に監視することが試みられました。 さらに、各サンプルの反復から得られたデータは、逸脱したものを省略して平均化されました。

(A) 加水分解された PCL ナノ繊維サンプルと (B) アミノ分解されたナノ繊維サンプルの応力 - ひずみ曲線と対応する機械的パラメーターの表。 * PCL サンプルと比較した統計的に有意な差を示します (p < 0.05)。

一般的な傾向として、NaOH 処理溶液の濃度が低いこととインキュベーション時間が短いことは、PCL ナノ繊維サンプル (S1) の機械的性能に大きな影響を与えません。 逆に、処理溶液の濃度とインキュベーション時間 (S5 および S9) を増加させると、機械的パラメーターは大きな影響を受けます。 例として、未加工の PCL の引張強さ (2.73 ± 0.16 MPa) は、S5 サンプルと S9 サンプルでそれぞれ 2.07 ± 0.18 MPa と 1.75 ± 0.17 MPa に大幅に減少しました (p < 0.05)。 未処理の PCL が 2.04 ± 0.11 MPa から S5 および S9 サンプルの 1.36 ± 0.11 および 1.32 ± 0.07 MPa への大幅な低下を経験したとき、同じ傾向がヤング率についても観察されました。 ただし、ひずみのパーセンテージに関しては、PCL (94 ± 10%) からの有意な変動が S9 曲線 (70.6 ± 9%) で検出されただけです。

サンプルの機械的挙動における上述の変動は、SEM 顕微鏡写真で見られるサンプルの構造特性の進行した変化によって大部分が正当化されます。 たとえば、S1 サンプルの構造は元の PCL と比較して主に保存されているという事実が、このサンプルの機械的特性に大きな変化が生じない主な理由である可能性があります。 ただし、S5 サンプルの場合、PCL ナノファイバーはある程度の平坦化、隣接するナノファイバーとのパッキング、および構造の一部の破損を経験し、機械的安定性のわずかではあるが大幅な低下につながる可能性があります。 同様に、S9 サンプルの機械的性能は、PCL ナノ繊維ネットワークの構造特性の大きな変化によって悪影響を受けていました。 この場合、PCL ナノファイバーの表面への負担による損傷と、サンプルの相互接続されたナノファイバー構造による明らかな破壊が、機械的挙動の否定できない弱化の一因となっています。 加水分解されたサンプルについて得られた機械的所見は、Sonthaya Chaiarwut らによる研究結果とほぼ一致していたことは注目に値します 48。

図 5B は、PCL ベースのナノ繊維サンプルの機械的特性に対するさまざまなアミノ分解条件の影響を示しています。 PCL、S10、S14、および S18 サンプルの定量データは、対応する応力 - ひずみ曲線から取得されました。 一般に、アミノ分解サンプルは PCL と比較して引張強度が比較的低くなりました。 ヤング率に関しては、未加工の PCL の 2.04 ± 0.11 MPa から S18 の 0.93 ± 0.18 MPa まで、明確な下降傾向が検出できました。 サンプルのヤング率の変動は、PCL と比較した場合、統計的に有意でした。 それにもかかわらず、アミノ分解された PCL ベースのサンプルの伸びは、S10、S14、および S18 でそれぞれ 126 ± 9、117 ± 9、および 109 ± 10% に増加しました。 予想通り、PCL ベースのサンプルがアミノ分解条件を通じて修飾されると、剛性は明らかに低下しました。これは、ランダムな PCL ナノファイバーの配向がより規則的なネットワークに向けて変化したことによるものと考えられます。 これは、アミノ分解サンプルの弾性の向上と引張強度 (ひずみ) の低下に寄与する要因である可能性があります。 サンプルのヤング率が著しく低下した場合、アミノ分解処理は加水分解に比べてより深いレベルで PCL ナノ繊維ネットワークの構造に影響を与える可能性があると考えられます。 Zhu et al.34 による以前の研究では、HMD/IPA 処理溶液を PCL 膜のアミノ分解に使用して、ゼラチン、キトサン、またはコラーゲンを結合させるための活性部位として遊離 NH2 基を導入しました。 彼らは、アミノ分解反応が膜の 50 μm もの深さまで浸透する可能性があることに気づきました。 その結果、サンプルのヤング率は著しく減少しました。 別の研究で、Toledo et al.49 は、ジアミンによるアミノ分解処理後に PCL ナノ繊維サンプルのヤング率の減少が避けられないことを示しました。 さらに、HMD によるアミノリシスは、他のジアミンよりもヤング率に対してより劇的な影響を与えることも発見しました。

減衰全反射率フーリエ変換赤外 (ATR-FTIR) 分光分析を実施し、加水分解とアミノ分解を通じて修飾サンプル上の対象官能基を特定しました。 図 6 は、そのままのサンプルと変更されたサンプルの結果を示しています。 簡単に説明すると、加水分解処理中に、NaOH 化合物が水に溶解することで生成される水酸化物イオンが PCL のカルボニル基を攻撃します。 これに続いて、図 1 に示すようなヒドロキシル末端基とカルボキシル末端基が形成されます 50,51。 さらに、アミノ分解における同様の反応で、ジアミン分子が PCL のエステル結合を切断してそれに結合し、アミド基とヒドロキシル基が形成されます 50、51、52。 PCL の場合、すべての曲げ振動と伸縮振動が報告値とよく一致していることがわかります。 したがって、特徴的なピークは 1720 cm-1 と 2943 cm-1 に位置し、それぞれカルボニル (C=O) および C-H 基に起因します。 アミノ分解サンプルでは 1560 cm-1 のアミド II (-NH) ピークと 3200 cm-1 付近のヒドロキシル (-OH) ピークの出現、加水分解サンプルでは 3200 cm-1 付近のヒドロキシル基の出現が予想されましたが、スペクトルに変化はありませんでした。ニート PCL39、49、53、54 と比較して観察されました。 これは、ATR-FTIR 装置 (深さ約 1 ～ 2 μm) で検出できるアミド官能基およびヒドロイル基の量が不十分であることが原因である可能性があります 49,53,55。

(A) 加水分解された PCL ナノ繊維サンプルおよび (B) アミノ分解されたナノ繊維サンプルからの代表的なものの FTIR スペクトル。

熱分析は、PCL および修飾ナノファイバーの熱安定性と分解挙動を評価するために実施されました。 図 7A ～ C は、正常なサンプルとしての PCL、サウンド サンプルとしての S5 および S18 サンプルの TGA および DTGA の結果を示しています。 一般に、PCL は 1 段階の分解で構成され、最大分解温度 (Tmax) は約 400 °C であることが知られています。 図からわかるように、すべてのサンプル (PCL、S5、および S18) は、残留水分の除去に起因すると考えられる 1 ～ 5% の初期重量損失を伴う一段階分解を示しました。 さらに、すべてのサンプルはポリエステル鎖の熱分解により約 360 °C で分解を開始し、PCL、S5、および S18 サンプルに属する Tmax の 397 °C、394 °C、および 407 °C で最大減衰まで継続しました。注文。 これらの結果によると、表面修飾はサンプルの熱挙動を悪化させず、これは以前の研究 53,56 に従っています。

(A) TGA サーモグラム、(B) DTGA サーモグラム、(C) 分解パラメーターの表、および (D) PCL、加水分解 PCL (S5) およびアミノ分解 PCL (S18) の XRD パターン。

PCL、S5、および S18 サンプルの結晶性は、XRD 分析を使用して調査されました。結果は図 7D に示されています。 全体として、PCL の結晶性は、ブラッグ角 2θ = 23.6°および 21.3°で観察できる PCL の斜方晶系結晶構造の (110) 面および (200) 面に関連する 2 つの回折ピークによって認識されます57。 ,58。 XRDグラフによると、加水分解およびアミノ分解処理はPCLの半結晶構造に影響を与えません。 この結果は先行文献と一致しています59。

XRD 結果と TGA および FTIR 結果は、加水分解とアミノリシスが PCL ナノファイバーのバルクに影響を及ぼさないことを示唆しています。 加水分解およびアミノ分解された PCL の XRD、TGA、および FTIR の結果では、元の PCL と比較して目立った違いは示されませんでした。 したがって、ナノファイバーの形態、機械的特性、および親水性の変化は、表面改質の結果です。

エネルギー分散型 X 線分光法 (EDAX) を利用して、PCL および改質サンプル上の元素の量を測定しました。 この分析では、炭素（C）、酸素（O）、窒素（N）を含む元素組成を測定し、表1に示しました。PCLには、さまざまな条件によって変化する可能性のある一定量の元素が含まれています。 したがって、加水分解およびアミノ分解処理により、PCL 表面の元素の種類と量が変化する可能性があります。 表 1 に示すように、加水分解溶液とアミノ分解溶液の両方の処理時間と濃度を増加させると、C の割合は下降傾向、O の割合は増加傾向が見られます。 これらは、PCL ナノファイバーの表面に官能基が形成されていることを証明できる可能性があります。 さらに、アミノ分解後、PCL37,60 の表面のアミド結合により N の量が増加しました。

作製した PCL ナノファイバー上の L929 線維芽細胞の生存率を MTT アッセイを使用して評価しました。生存率の棒グラフを図 8 に示します。 したがって、L929 細胞を PCL および修飾サンプル上で培養して、細胞適合性と細胞毒性を調査しました。 得られた結果は、PCL ナノファイバー上の細胞の増殖が各時点 (1、3、5 日) で対照群 (細胞培養プレート) よりも低いことを示しました。 対照群の生存率を100%とみなし、治療群をそれと比較したことに留意すべきである。 一方、表面処理は増殖効果を誘発し、PCL ナノファイバーを細胞増殖にとってより有利なものにした。 PCL と比較して、S5、S9、S14、および S18 サンプルは、すべての培養時間で有意に高い細胞生存率を示しました (p < 0.05)。 各時点における S5、S9、S14、および S18 サンプル間に有意差はありませんでした。 これらの結果は、適度な加水分解とアミノ分解（それぞれサンプル S5 と S14）が PCL ナノ繊維足場上での細胞の生存率と増殖を高めるのに十分であることを示唆しています。 処理溶液の濃度を増加させ、処理時間を増加させても、細胞増殖は増加しませんでした。

(A) PCL ベースのナノ繊維サンプル上で培養された L929 線維芽細胞の SEM 顕微鏡写真。 (a) PCL、(b) S1、(c) S5、(d) S9、(e) S10、(f) S14、(g) S18。 (B) 1、3、5 日後の未使用の PCL、加水分解サンプル (S1、S5、S9)、およびアミノ分解サンプル (S10、S14、S18) 上の培養 L929 細胞の細胞生存率 (相対増殖) の割合。 *PCL サンプルと比較して統計的に有意な差があることを示します (p < 0.05)。

修飾されたサンプルにおける顕著な細胞増殖は、修飾プロセスによるナノファイバー表面の酸素含有基とアミノ基によるものである可能性があります61。 PCL ナノファイバー上の官能基の存在は、親水性を改善するだけでなく、生体分子の吸着、細胞付着、およびその後の細胞増殖の促進のための活性部位も提供します。 観察された細胞増殖パターンは以前の研究と一致しています。 朱ら。 らは、PCL ナノファイバーのアミノリシスが生体高分子の固定化と細胞増殖を促進すると報告しました 34。 別の研究では、Mattanavee et al. らは、導入されたアミン基が PCL 足場の表面に生体分子を固定化する有効性を確認しました 62。

走査電子顕微鏡 (SEM、TESCAN-Vega3、チェコ共和国) を利用して、PCL ナノファイバー上の接着線維芽細胞の形態を評価しました。 一般に、親水性と接着細胞の形状の間には密接な相関関係があります63。 表面の湿潤性に加えて、細胞の種類も足場への応答において重要な役割を果たします。 L929 線維芽細胞は、滑らかな表面ではなく、粗い表面に広がる傾向があります64。 しかし、PCL ナノファイバーの均一な直径は細胞の増殖に適切な足場を形成しますが、PCL の疎水性表面は細胞の付着と拡散には好ましくありません 65。 したがって、化学処理は、理想的な表面官能基 (-OH、-COOH、-NH2) を誘導することで、細胞相互作用に非常に望ましい表面を準備する効率的な方法です。 図８Ａに示すように、線維芽細胞はＰＣＬ上で球形を示しており、これはＰＣＬの疎水性によるものと考えられる。 対照的に、表面修飾された PCL ナノファイバー上の細胞の形態は紡錘状であり、細胞が修飾されたナノファイバー上で本来の形態を示したことを示しています。 さらに、時間と濃度の増加に伴う加水分解およびアミノ分解処理では、より多くの官能基の存在に関して線維芽細胞が広範囲に拡大します。 これらの観察は、両方の表面処理が細胞の付着と適応のためにナノファイバーの表面に有利であることを示しており、これは SEM、WCA、および EDAX の結果と一致します。

Live/dead アッセイは、蛍光染色技術に基づいて生細胞と死細胞およびその部分的な形態を観察する分析方法です。 図 9、10、および 11 は、さまざまな時点 (1、3、および 5 日) での PCL および修飾ナノファイバー上の生存細胞を示しています。 定性的および視覚的観察に基づくと、PCL の疎水性により、PCL 上の生細胞の密度は 5 日後の改変サンプルよりも明らかに低かった。 さらに、改変サンプル上の細胞数の増加は、サンプル上に多数の官能基が存在することを意味します33,40。 さらに、処理された PCL ナノファイバー上で培養された細胞は、SEM 画像に対応する紡錘形の拡張した形態を示しました。 全体として、化学処理の有益な効果は有害な影響を上回ります。

培養後1日目のサンプル上で培養されたL929線維芽細胞の蛍光画像。 (a) PCL、(b) S1、(c) S5、(d) S9、(e) S10、(f) S14、(g) S18。

培養後 3 日目のサンプル上で培養された L929 線維芽細胞の蛍光画像。 (a) PCL、(b) S1、(c) S5、(d) S9、(e) S10、(f) S14、(g) S18。

培養後5日目のサンプル上で培養したL929線維芽細胞の蛍光画像。 (a) PCL、(b) S1、(c) S5、(d) S9、(e) S10、(f) S14、(g) S18。

現在の研究では、組織工学応用のためのより良いプラットフォームを開発するために、加水分解およびアミノ分解処理手順による PCL ナノファイバーの表面改質が行われました。 化学処理の影響について広範な洞察を得るために、未加工の PCL サンプルと表面改質サンプルを徹底的に特性評価し、比較しました。 特性評価の結果によると、アミノ分解と加水分解はどちらも、主に PCL ナノファイバーのバルク特性に悪影響を与えることなく、その表面特性を変化させます。 より正確には、重度の場合、化学処理により、わずかな形態変化と機械的性能の中程度の低下が生じました。 しかし、PCL ナノ繊維マットの親水性の明らかな増加は、ほとんどのサンプルで確認できました。 明らかに、加水分解溶液の濃度が高く、インキュベーション時間が長いと、相対的に体積が弱くなる代わりに、親水性がより良く強化されます。 ただし、この傾向はアミノ分解サンプルではあまり意味がありません。 それにもかかわらず、選択されたサンプルの微細構造の特徴と機械的性能は、一部の組織工学用途では許容可能でした。

インビトロ研究から得られた結果は、PCL ナノファイバーの表面修飾が細胞毒性効果を誘発するだけでなく、細胞の付着、拡散、増殖に理想的な表面を提供することを示しました。 培養された L929 細胞は、加水分解およびアミノ分解された PCL ナノファイバーとの複数の相互作用部位を有する処理サンプル上で主に天然の線維芽細胞形態を示しました。 これらの発見によると、加水分解およびアミノ分解された PCL ナノ繊維膜は、特定の条件下で組織工学足場の潜在的な候補として機能する可能性があります。

PCL (Mw = 80,000 g mol−1)、NaOH、および NaCl は、Sigma-Aldrich (セントルイス ミズーリ州、米国) から購入しました。 クロロホルム、N,N-ジメチルホルムアミド (DMF)、ジメチルスルホキシド (DMSO)、およびイソプロパノールは、Merck (ダルムシュタット、ドイツ) から購入しました。 MTT 粉末は Sigma Aldrich (ダルムシュタット、ドイツ) から入手しました。 DMEM/F-12 細胞培養培地、ウシ胎児血清 (FBS)、ペニシリン - ストレプトマイシン (Pen-Strep)、およびトリプシン - EDTA は、Gibco (Thermo Fisher Scientific、ドライアイヒ、ドイツ) から入手しました。

ＰＣＬナノファイバーは、市販のエレクトロスピニング装置（イラン、テヘランのＦａｎａｖａｒａｎ Ｎａｎｏ Ｍｅｇｈｙａｓ Ｌｔｄ．，Ｃｏ．）を使用して製造された。 適量のＰＣＬをＤＭ​​Ｆ／クロロホルム（５０／５０）の溶媒混合物に溶解して、最終濃度１４重量％を得た。 ポリマー溶液をマグネティックスターラーで１６時間撹拌して、透明で均質な溶液を得た。 得られた溶液を、20ゲージの鈍針を備えた5 mLシリンジに充填した。 供給速度、印加電圧、およびノズルからコレクターまでの距離をそれぞれ1.5 mL/h、10 kV、および140 mmに設定して、アルミ箔で覆われたコレクター上にナノファイバーマットを収集しました。 得られたエレクトロスピニングされた PCL マットは、図 12 に簡単に示されているように、表面改質処理手順とさらなる特性評価のために準備されました。

製造プロセス、化学処理手順、特性評価、および in vitro 研究の概要。

加水分解およびアミノ分解手順を実行して、エレクトロスピニングされた PCL ナノファイバーの表面に酸素含有基とアミノ基を導入しました。 加水分解は、0.5、1、2 M の濃度の NaOH 溶液を使用し、3 つのインキュベーション時点で行われました。 1、6、12時間。 各インキュベーション時点で、処理サンプルを処理溶液から取り出し、脱イオン（DI）水で数回洗浄し、脱イオン水中で一晩インキュベートして未反応のNaOHを除去しました。 次に、サンプルを室温で 5 時間乾燥させ、その後、真空下 30 °C で一晩乾燥させました。

アミノ分解プロセスは、0.5、1、および 2 M の濃度で調製されたヘキサメチレンジアミン (HMD)/イソプロパノール (IPA) 溶液を使用して実行されました。ナノ繊維サンプルはアミノリシス溶液に浸漬され、1、12、および 3 時間インキュベートされました。 37℃で24時間。 インキュベーション時点に達した後、サンプルを処理溶液から取り出し、脱イオン水で複数回洗浄し、脱イオン水中で一晩インキュベートして、表面から残留ＨＭＤを除去した。 続いて、サンプルを室温で 5 時間乾燥させ、30 °C の真空乾燥機に一晩入れました。 表 2 は、サンプルの調製に関する詳細な概要を示しています。

ナノ繊維マットの構造特性とナノ繊維の形態は、QUANTA FEG 450 電界放射型走査型電子顕微鏡 (FEI、米国) を使用して評価されました。 試験片を準備するために、マットを打ち抜き、金 (DST3、イラン) の薄層 (8 nm) でスパッタ コーティングし、20 kV の加速電圧で顕微鏡写真を撮影しました。 PCL ナノファイバーの直径は、Image J ソフトウェア (1.47v、米国国立衛生研究所) を使用して測定し、各サンプルの少なくとも 100 個の個々のナノファイバーを平均することによって報告されました。

PCL ベースのサンプルの元素分析は、エネルギー分散型 X 線分光法 (EDS) によって行われました。 この目的のために、FESEM デバイスと接続された Octane Elite エネルギー分散型 X 線分光器 (Gatan Inc.、米国) が利用されました。 炭素 (C)、酸素 (O)、および窒素 (N) の相対パーセンテージをサンプル全体で分析し、表 1 に報告します。

調製したままの PCL ベースのサンプルの湿潤性を、静的接触角測定装置 (IRASOL/CA-500A、イラン) を使用して周囲温度で調査しました。 水滴を吸収するプロセスは、高速イベントを捉えることができるフレーミング カメラによって記録されました。 その後、対応するソフトウェアを使用して、取得した画像 (5 秒目) から水滴とサンプルの表面の間の接触角の測定値を分析しました。

サンプルの表面官能基の潜在的な変化は、減衰全反射フーリエ変換赤外 (ATR-FTIR) 分光計 (Tensor II/Bruker、ドイツ) を使用して調査されました。 分析は、波数範囲 4000 ～ 400 cm-1 の透過モードと 2 cm-1 のスペクトル分解能を使用して実行されました。 各サンプルについて、記録データは 32 回のスキャンから取得されました。

サンプルの熱重量分析（TGA）は、Q600 熱重量分析装置（TA Instruments、米国）を使用して実施されました。 約10 mgのサンプルを秤量し、アルミニウムパンに入れ、不活性雰囲気（アルゴンガス）下で毎分10℃の加熱速度で24℃から600℃まで加熱しました。 Origin pro 9.1 ソフトウェア (Originlab Corporation、米国マサチューセッツ州ノーサンプトン) を使用して、サンプルの微分サーモグラムをプロットしました。

PCL ベースのサンプルの結晶化度は、X 線回折 (XRD) 技術によって評価されました。 この特性評価は、Xpert 機器 (Philips、オランダ) を使用して実行されました。 それぞれ40 kVおよび40 mAの電圧および電流で生成された単色CuKα放射線（λ = 1.54056 Å）を適用して、0.08° s−1のステップサイズおよび10°〜80°の2θ範囲でディフラクトログラムを収集しました。

エレクトロスピニングされた PCL サンプルの機械的挙動は、一軸引張試験装置 (Santam、Karaj、イラン) を使用して評価されました。 試験前に、ナノ繊維マットを 40 mm × 10 mm の長方形のストリップに切断し、その厚さをマイクロメーターで正確に測定しました。 調製したままの試験片をグリップの内側の間に配置して固定し、試験片ホルダーで覆い、機械的破損に至るまで 5 mm/min のクロスヘッド速度で引抜きました。 試験は各サンプルに対して 5 回実施され、データは平均値 ± SD として報告されました。

PCL ベースのサンプル表面上の培養細胞の生存率と増殖は、MTT アッセイ評価を使用して調査されました (n = 5)。 ナノ繊維マットを球状片（直径 6 mm）に切断し、96 ウェル プレートの底に置き、UV 光を使用して滅菌（30 分間）し、抗生物質を含む PBS（pH: 7.4）で洗浄し、濃縮 DMEM で洗浄しました。 /F12細胞培養培地。 PCL ベースのサンプルで培養された L929 細胞の数は、24、72、および 120 時間の時点でそれぞれ 2.5 × 104、1.5 × 104、および 0.5 × 104 でした。 各時点に達するまでに、複数の PBS 洗浄ステップを穏やかに実行し、続いて上清培地を MTT 溶液 (100 μl、0.25 mg ml-1) に置き換えました。 MTT 溶液をサンプル上で 37 °C、5.0% CO2 雰囲気で 4 時間インキュベートしました。 その後、MTT 溶液を除去し、100 μl の DMSO に置き換えました。 プレートをホイルで包み、振盪機上に２０分間置き、ホルマザン結晶を溶解した。 その後、マイクロプレート分光光度計 (Epoch、米国) を利用して、570 nm での吸光度の強度を分析しました。

PCL ベースのサンプル上の培養 L929 細胞の付着、拡散、および形態を、Live/Dead および SEM 細胞接着アッセイを使用して研究しました。 生死アッセイの前に、選択した各サンプルから 5 つの標本を正方形の小片 (1 × 1 cm) に切断し、研究のために準備しました。 より正確には、標本を UV 光 (30 分間) で滅菌し、プレートウェルの底に個別に置き、抗生物質を含む PBS (pH: 7.4) および細胞培養培地を使用して数回洗浄しました。 試験は、24、72、および120時間の3つの時点で実施されました。 一定の時点に達した後、上清細胞培養培地を、ヨウ化プロピジウム (PI) とフルオレセイン 二酢酸 (FDA) から構成される新たに調製した染色培地に置き換え、10 分間インキュベートしました。 その後、染色サンプルを PBS (pH: 7.4) で 3 回穏やかに洗浄し、IX71 倒立蛍光顕微鏡 (Olympus、日本) を使用して細胞の付着、伸長および形態を観察しました。 顕微鏡写真中の緑と赤に染色された細胞は、それぞれ生細胞と死細胞を示しています。

L929 細胞の拡散形態、細胞ナノファイバー相互作用、および浸潤の可能性を SEM 細胞接着アッセイによって研究しました。 この試験では、生死アッセイで説明した方法に従って、選択したサンプルを調製しました。 ただし、この研究は最適と思われる時点 (72 時間) でのみ実行されました。 時点に達するまでに、上清培地を除去し、サンプルをＰＢＳ（ｐＨ：７．４）で２回穏やかに洗浄した。 続いて、サンプルを固定溶液 (PBS 中のグルタルアルデヒド 2.5%) とともに 37 °C で 2 時間インキュベートしました。 次いで、固定液を除去し、サンプルをＰＢＳ（ｐＨ：７．４）で３回洗浄して、グルタルアルデヒドの残留残留物を除去した。 続いて、サンプルをエタノール溶液の勾配 (30、50、70、90、および 100%) で脱水しました。 準備されたサンプルは、金の薄層 (8 nm) でスパッタ コーティングされ、20 kV の加速電圧で電界放出顕微鏡を使用して研究されました。

データの統計的有意性を評価するために、SPSS プログラム v.23 (IBM、ニューヨーク州アーモンク、米国) の単一要因分散分析 (ANOVA) および Tukey の多重比較検定を実施しました。 結果は平均±標準偏差として報告され、P < 0.05 は統計的に有意であるとみなされました。

この研究の結果を裏付けるデータは、合理的な要求に応じて、責任著者であるエスマエル・ミルザエイ博士から入手できます。

Qu, H.、Fu, H.、Han, Z. & Sun, Y. 骨組織工学足場用の生体材料: レビュー。 RSC アドバンス 9、26252–26262 (2019)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ロゼッティ、L.ら。 骨組織工学用の足場: 最先端技術と新しい視点。 メーター。 科学。 工学 C 78、1246–1262 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Bazmandeh, AZ、Mirzaei, E.、Fadaie, M.、Shirian, S. & Ghasemi, Y. 創傷被覆材としてのキトサン-ゼラチン/キトサン-ヒアルロン酸のデュアル紡糸口金電界紡糸ナノ繊維/ゲル構造: in vitro および in-生体内研究。 内部。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． マクロモル。 162、359–373。 https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.06.181 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Cui, L.、Liang, J.、Liu, H.、Zhang, K. & Li, J. 皮膚組織工学における血管形成のためのナノマテリアル。 組織工学パート B 改訂 26、203–216 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Kumar, R.、Aadil, KR、Ranjan, S.、および Kumar, VB 神経組織工学のためのナノテクノロジーおよびナノ材料ベースの戦略の進歩。 J. ドラッグデリバリー。 科学。 テクノロジー。 57、101617 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

アンジュム、S.ら。 エレクトロスピニングされた生体模倣ナノ繊維足場: 骨組織工学および再生医療の有望な見通し。 内部。 Ｊ．Ｍｏｌ． 科学。 23、9206 (2022)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Chen, F.、Lee, C. & Teoh, S. エレクトロスピニングによる極薄ポリ (ε-カプロラクトン) 膜上のナノ繊維修飾。 メーター。 科学。 工学 C 27、325–332 (2007)。

記事 CAS Google Scholar

Zeng、W. et al. 超高水流束正浸透膜を構成する電界紡糸キトサンナノファイバー。 内部。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． マクロモル。 226、833–839 (2023)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Arvand、M. et al. ユーカリ抽出物を還元剤として使用した抗菌性銀ナノ粒子修飾キトサン繊維の作製。 Ｊ．Ａｐｐｌ． ポリム。 科学。 132、25。https://doi.org/10.1002/app.42133 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

ファギヒ、F.ら。 エレクトロスピニングされたゼラチン膜上のヒト骨髄間葉系幹細胞の運動ニューロン様細胞への分化の可能性。 Ｊ．Ｍｏｌ． 神経科学。 55、845–853。 https://doi.org/10.1007/s12031-014-0437-x (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Ghafoor, B.、Aleem, A.、Ali, MN、Mir, M. 薬物送達システム用の高分子電界紡糸ナノファイバーの製造技術と応用の概説。 J. ドラッグデリバリー。 科学。 テクノロジー。 48、82–87 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Miszuk、J. et al. 薬物放出および骨組織工学用の弾性石化 3D エレクトロスピニング PCL ナノ繊維足場。 ACS アプリケーション。 バイオメーター。 4、3639–3648。 https://doi.org/10.1021/acsabm.1c00134 (2021)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

パーハム、S.ら。 生物医学および組織工学用途のためのエレクトロスピニングされたナノファイバー: 包括的なレビュー。 資料 13、2153 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Tiwari, SK、Tzezana, R.、Zussman, E. & Venkatraman, SS エレクトロスピニングされたコアシェル繊維からの分配制御された薬物放出の最適化。 内部。 Ｊ．Ｐｈａｒｍ． 392、209–217。 https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2010.03.021 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Idrees、H. et al. ドラッグデリバリー用途のための生分解性天然ポリマーベースのナノ粒子のレビュー。 ナノマテリアル 10、1970 (2020)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

セル、SA et al. 組織工学における天然ポリマーの使用: エレクトロスピニングされた細胞外マトリックス類似体に焦点を当てます。 ポリマー 2、522–553 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

アブダル・ヘイ、A. et al. 組織工学用途向けの導電性ポリ (ε-カプロラクトン)/多層カーボン ナノチューブ複合ナノファイバーのエンジニアリング。 セラム。 内部。 45、15736–15740 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Siddiqui, N.、Aswa, S.、Birru, B.、Baadhe, R. & Rao, S. 組織工学用途のための PCL ベースの複合足場マトリックス。 モル。 バイオテクノロジー。 改訂 60、506–532 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

アサディアン、M.ら。 誘導結合プラズマ (ICP) 重合によるポリカプロラクトン (PCL) ナノファイバーのチオール化: 物理的、化学的、生物学的特性。 応用サーフィン。 科学。 479、942–952 (2019)。

記事 ADS CAS Google Scholar

マサチューセッツ州アル・バアダニら。 骨組織再生のための調整可能な薬物送達システムとしてのポリカプロラクトン/ゼラチン膜の同時エレクトロスピニング。 メーター。 デザイン 209、109962 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

ホスラヴィ、A.ら。 組織工学用途のための PCL ナノ繊維足場の表面への絹フィブロインの固定化。 Ｊ．Ａｐｐｌ． ポリム。 科学。 135、46684 (2018)。

記事 Google Scholar

マナホフ、A.ら。 PCL ナノファイバーのカルボキシル無水物およびアミンプラズマコーティングにより、生物活性が向上します。 メーター。 デス。 132、257–265 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Yew、CHT、Azari、P.、Choi、JR、Muhamad、F.、および Pingguan-Murphy、B. ラテラル フロー アッセイ用の反応膜としてエレクトロスピニングされたポリカプロラクトン ナノファイバー。 ポリマー 10、1387 (2018)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

ユアン、H.ら。 超高水流束脱塩用に非対称細孔構造を備えたヤヌス セルロース膜を設計しました。 炭水化物。 ポリム。 291、119601。https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119601 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Fadaie, M.、Mirzaei, E.、Geramizadeh, B. & Asvar, Z. エレクトロスピニングされた PCL ナノファイバーにナノフィブリル化キトサンを組み込むと、機械的および生物学的特性が強化された足場が作成されます。 炭水化物。 ポリム。 199、628–640。 https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.07.061 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Venugopal, E.、Sahanand, KS、Bhattacharyya, A. & Rajendran, S. 骨および軟骨の組織工学用に、Wattakaka volubilis 活性植物化学物質とブレンドされたエレクトロスピニングされた PCL ナノファイバー。 ナノメッド。 ナノテクノロジー。 バイオル。 医学。 21、102044 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Zahmatkeshan、M. 他ナノファイバーハンドブック (アーメッド、B. 他編) 215–261 (Springer International Publishing、2019)。

アサディアン、M.ら。 ポリカプロラクトン ナノファイバー上での骨髄間葉系幹細胞の挙動を強化するための、アクリル酸プラズマ重合とプラズマ後のエチレンジアミン移植。 応用サーフィン。 科学。 2021、150363（2021）。

記事 Google Scholar

シドー、S.ら。 PCL ナノファイバーの薬物放出コーティングとしてのキトサン ナノ粒子の層ごとの堆積。 バイオメーター。 科学。 7、233–246 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

アサディアン、M.ら。 細胞と材料の相互作用を改善するための、PCL フィルムとナノファイバーの製造前および製造後のプラズマ処理に関する比較研究。 応用サーフィン。 科学。 481、1554 ～ 1565 年。 https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.224 (2019)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ソロビエバ、A. et al。 COOH 血漿でコーティングされた PCL ナノファイバー上への多血小板血漿の固定化により、ヒト間葉系幹細胞の生存率と増殖が促進されます。 ポリマー 9、736 (2017)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Dufay, M.、Jimenez, M. & Degoutin, SP エレクトロスピニングされたナノファイバーの特性に対する低温プラズマ処理の効果: 総説。 ACS アプリケーション。 バイオメーター。 3、4696–4716。 https://doi.org/10.1021/acsabm.0c00154 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

パーク、JSら。 骨芽細胞の接着と増殖を強化するための繊維状ポリ (ε-カプロラクトン) 足場の表面加水分解。 マクロモル。 解像度 15、424–429 (2007)。

記事 CAS Google Scholar

Zhu, Y.、Gao, C.、Liu, X. & Shen, J. ヒト内皮細胞の細胞適合性を促進するための、アミノ分解および生体高分子固定化によるポリカプロラクトン膜の表面修飾。 Biomacromol 3、1312–1319 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

アラウージョ、JV 他。 骨の細胞外マトリックス類似体として使用される、ポリカプロラクトン ナノファイバー メッシュの表面制御された生体模倣コーティング。 Ｊ．バイオメーター。 科学。 ポリム。 エド。 19、1261–1278。 https://doi.org/10.1163/156856208786052335 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Cao、L.ら。 2-N, 6-O-硫酸化キトサンを利用した PCL 足場の BMP-2 固定化により骨誘導が強化されます。 メーター。 科学。 工学 C 74、298–306。 https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.12.004 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

サデギ、AR 他。 生体工学による代用皮膚のための、エレクトロスピニングされた PLGA 足場のコラーゲンによる表面修飾。 メーター。 科学。 工学 C 66、130–137。 https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.04.073 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Tham, C.、Hamid, ZAA、Ahmad, Z. & Ismail, H. 薬物送達システムのための化学処理による表面処理ポリ (乳酸)(Pla) ミクロスフェア、Vol. 594 (トランステック出版、2014)。

Ghasemi-Mobarakeh, L.、Prabhakaran, MP、Morshed, M.、Nasr-Esfahani, MH、Ramakrishna, S. 神経組織工学用の生体機能化 PCL ナノ繊維足場。 メーター。 科学。 工学、C 30、1129–1136。 https://doi.org/10.1016/j.msec.2010.06.004 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

Hanuman, S. & Nune, M. 子宮組織工学用のマルトース結合ポリカプロラクトンナノ繊維足場の設計と特性評価。 リジェネ。 工学翻訳。 医学。 8、334–344。 https://doi.org/10.1007/s40883-021-00231-0 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

アモーレス・ド・スーザ、MC 他エレクトロスピニングされたナノファイバーの機能化とファイバーの整列により、神経幹細胞の増殖と神経分化が促進されます。 フロント。 バイオエンジ。 バイオテクノロジー。 8、25。https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.580135 (2020)。

記事 Google Scholar

Krithica, N.、Natarajan, V.、Madhan, B.、Sehgal, PK & Mandal, AB I 型コラーゲン固定化ポリ (カプロラクトン) ナノファイバー: 表面修飾と線維芽細胞の増殖の特性評価。 上級工学メーター。 14、B149–B154 (2012)。

記事 Google Scholar

Dwivedi、R. et al. 骨足場用の生体材料としてのポリカプロラクトン: 文献のレビュー。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． クラニオファク。 解像度 10、381–388。 https://doi.org/10.1016/j.jobcr.2019.10.003 (2020)。

記事 Google Scholar

Cai, S. et al. 細胞の接着と挙動を制御するための表面修飾の最近の進歩。 ナノテクノロジー。 改訂 9、971–989 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Davoudi、P. et al. ポリウレタンベースのナノファイバー血管移植片の生体模倣修飾: 安定した内皮内層への有望なアプローチ。 メーター。 科学。 工学、C 80、213–221。 https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.05.140 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

キム、Y.-H.、ジョティ、MA、ソン、H.-Y. 架橋された Col-I – OPN 骨基質タンパク質をアミノ分解 PCL 表面に固定化すると、ヒト脂肪生成間葉系幹細胞 (hADMSC) の初期生体適合性が向上します。Appl. Surf. Sci. 303, 97–106. https://doi.org/ 10.1016/j.apsusc.2014.02.084 (2014)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Sarkar, S. et al. ヒト骨髄間質細胞応答の制御におけるナノファイバー足場構造と化学の役割。 上級組織工学再生します。 医学。 1、00003 (2016)。

Google スカラー

Chaiarwut, S.、Ekabutr, P.、Chuysinuan, P.、Chanamuangkon, T. & Supaphol, P. 創傷包帯用のペキシガナンによる PCL エレクトロスピニング ナノファイバーの表面固定化。 Ｊ．Ｐｏｌｙｍ． 解像度 28、344。https://doi.org/10.1007/s10965-021-02669-w (2021)。

記事 CAS Google Scholar

トレド、ALMM et al. エレクトロスピニングされたポリカプロラクトン マットの表面特性に対する 3 つの異なるアミンの影響。 内部。 Ｊ．Ｐｏｌｙｍ． メーター。 ポリム。 バイオメーター。 70、1258–1270。 https://doi.org/10.1080/00914037.2020.1785463 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Croll, TI、O'Connor, AJ、Stevens, GW & Cooper-White, JJ 加水分解またはアミノ分解によるポリ (乳酸-グリコール酸共重合体)(PLGA) の制御可能な表面修飾 I: 物理的、化学的、理論的側面。 バイオマクロモル 5、463–473 (2004)。

記事 CAS Google Scholar

Vieira A.、Vieira J.、Guedes R. & Marques A. 材料科学フォーラム 825–832 (Springer、2023)。

Google スカラー

Zhu, Y.、Mao, Z. & Gao, C. 生物医学用途のためのポリエステルのアミノリシスベースの表面改質。 RSC アドバンス 3、2509–2519 (2013)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Jilfti, N.、Mohebbi-Kalhori, D. & Masoumi, R. 組織工学用途における NaOH 加水分解処理による PCL/PU ナノ構造の生体適合性の強化による水湿潤性の制御。 J.Ind.テキスト。 51、3278S-3296S。 https://doi.org/10.1177/1528083720963268 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

パーク、B.-U. 他。 インビトロ内皮単層形成を促進するための極薄ナノファイバー膜へのコラーゲンの固定化。 J.組織工学。 10、2041731419887833 (2019)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Zuppolini, S.、Cruz-Maya, I.、Guarino, V. & Borriello, A. 生体導電性界面の作製のためのポリ-ε-カプロラクトン電界紡糸繊維上へのポリドーパミンコーティングの最適化。 Ｊ．Ｆｕｎｃｔ． バイオメーター。 11、19 (2020)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Xue、J.ら。 抗感染組織再生膜用の薬剤を充填した均一な電界紡糸 PCL/ゼラチンハイブリッドナノファイバー構造。 バイオマテリアル 35、9395–9405。 https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2014.07.060 (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Jeznach, O.、Kolbuk, D. & Sajkewicz, P. ナノファイバーおよびフィルムの形態でのさまざまな脂肪族ポリエステルのアミノリシス。 ポリマー 11、1669 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang、X.、Zhao、H.、Turng、L.-S. & Li、Q. エレクトロスピニングされたポリ (μ-カプロラクトン) (PCL) ナノファイバーの結晶形態。 工業工学化学。 解像度 52、4939–4949 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Regis, S. et al. エレクトロスピニングされたポリマー足場上に吸着されたフィブロネクチンへの NIH/3T3 線維芽細胞の付着は、インテグリンを介して行われます。 ポリム。 工学科学。 54、2587–2594 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Zhu, Y.、Mao, Z.、Shi, H. & Gao, C. ポリ(ε-カプロラクトン)のアミノ分解に関する詳細な研究: 基礎に戻る。 科学。 中国化学。 55、2419–2427。 https://doi.org/10.1007/s11426-012-4540-y (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Qian, Y.、Zhang, Z.、Zheng, L.、Song, R. & Zhao, Y. キトサン-ゼラチン複合体ナノ繊維マットとブレンドされた電界紡糸ポリカプロラクトンの作製と特性評価。 J.ナノメーター。 2014、964621。https://doi.org/10.1155/2014/964621 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

マタナヴィー、W. et al. 組織工学のためのエレクトロスピニングされたポリカプロラクトン繊維性足場の表面への生体分子の固定化。 ACS アプリケーション。 メーター。 インターフェース 1、1076–1085 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Frisch, T. & Thoumine, O. 細胞拡散の動態の予測。 Ｊ．Ｂｉｏｍｅｃｈ． 35、1137–1141。 https://doi.org/10.1016/S0021-9290(02)00075-1 (2002)。

論文 PubMed Google Scholar

Suwantong, O. et al. エレクトロスピニングされたポリ(3-ヒドロキシ酪酸)およびポリ(3-ヒドロキシ酪酸-コ-3-ヒドロキシ吉草酸)繊維マットのインビトロ生体適合性。 内部。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． マクロモル。 40、217–223。 https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2006.07.006 (2007)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Chen, M.、Patra, PK、Warner, SB & Bhowmick, S. エレクトロスピニングされたポリカプロラクトン足場上の NIH 3T3 線維芽細胞の接着と増殖における繊維直径の役割。 組織工学 13、579–587 (2007)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

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この研究は、シラーズ医科大学から資金提供を受けました (助成金番号 20388)。

イラン・シラーズ医科大学シラーズ医科大学先端医療科学・技術学部医療ナノテクノロジー学科

ラジエ・ヤセリ、ミラド・ファダイエ、エスマエル・ミルザイ

イラン・シーラーズ医科大学シラーズ大学ナノ医学・ナノ生物学研究センター

エスマイル・ミルザイ

イラン、ハマダーン医科大学ハマダーン医科大学先端技術医学部組織工学科

ハディ・サマディアン

バイオテクノロジー研究センター、シラーズ医科大学、シラーズ、イラン

アリレザ・エブラヒミネザド

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RY はすべての実験を行い、結果を準備し、原稿を書きました。 MF はいくつかの実験の実施、結果の準備と分析、および原稿の執筆に貢献しました。 EM 博士は研究の主なアイデアを所有し、研究を設計し、原稿を改訂しました。 A.E博士は結果を分析し、データを修正しました。 H. S 博士は原稿執筆とデータ分析に貢献してくれました。 著者全員が原稿をレビューしました。

Esmaeil Mirzaei または Alireza Ebrahiminezhad への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Yaseri、R.、Fadaie、M.、Mirzaei、E. 他。 加水分解およびアミノ分解によるポリカプロラクトン ナノファイバーの表面修飾: 構造特性、機械的特性、および細胞性能に関する比較研究。 Sci Rep 13、9434 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-36563-w

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受信日: 2023 年 2 月 12 日

受理日: 2023 年 6 月 6 日

公開日: 2023 年 6 月 9 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36563-w

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