近日，北京航空航天大学赵勇研究团队与麻省理工学院（MIT）郭明（Ming Guo）等受天然生物组织多尺度螺旋纤维结构的启发，制备了具有超高应变和良好生物相容性的多尺度纤维束组织工程材料。相关成果以《Helical nanofiber yarn enabling highly stretchable engineered microtissue》为题，发表于国际著名期刊《美国科学院院刊(PNAS)》 (DOI: 10.1073/pnas.1821617116)。
两校研究团队通过静电纺丝结合连续加捻技术设计制备了具有多尺度结构的螺旋纤维束，这种螺旋纤维束除具有优异的力学性能外还具有超高可拉伸性，因此，利用该结构特点，研究团队采用生物相容性材料制备了具有细胞动态拉伸稳定性的人造微组织，研究了细胞在多尺度结构螺旋纤维上的动态取向、生长、增殖和分化行为。如图1所示，作者通过机械拉伸和三维实时观测，探究了不同结构纤维束在动态拉伸状态下（包括拉伸和弯曲等）作为细胞支架的生物活性和稳定性。研究表明，由于具有独特的螺旋结构，多尺度纤维束在动态拉伸细胞活性方面明显优于直线性纤维束。
图1. 动态拉伸状态下细胞成活率研究。在拉伸和弯曲状态下螺旋纤维细胞成活率均显著高于直线性纤维。
作者发现材料表面的多尺度周期性拓扑结构不但可以改变细胞的物理特性，如细胞的成活率、体积、取向、生长脱落，同时还可以通过调控细胞种类及特定转录因子向细胞核的运输，诱导充间质干细胞朝肌肉细胞的定向分化（图2）。作者认为，此类多尺度螺旋纤维材料在未来有望用于组织器官修复替代品，如韧带肌腱组织等。
图2. 不同基底细胞分化行为对比。
总之，该研究提出了一种普适性的制备多尺度结构螺旋纤维的方法，该方法为制备新型大应变生物材料提供了新思路，通过添加其他活性成分、调控组成和微观结构，所制备的材料有望在健康监测、组织工程支架材料等领域得到进一步的应用。MIT 李一伟博士和北京航空航天大学郭凤云博士为该论文共同第一作者，MIT 郭明（Ming Guo）助理教授和北京航空航天大学赵勇教授为该工作共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学优秀青年基金、中组部万人计划青年拨尖人才的支持。
论文链接：
https://www.pnas.org/content/early/2019/04/23/1821617116
相关进展
北航赵勇教授、王女副教授课题组：仿生温度响应石墨烯膜用于门控及分子分离
东南大学代云茜副教授和美国佐治亚理工学院夏幼南教授特邀论文：静电纺丝和静电纺丝纳米纤维的制备方法、材料和应用
四川大学吴锦荣教授和麻省理工学院的研究人员发现龙虾坚韧腹壳或能做轮胎
新加坡南洋理工大学王蓉教授课题组综述：静电纺丝纳米纤维在膜法水处理方面的应用
苏大施勤教授、上海交大崔文国教授和赫尔辛基大学Helder Santos教授共同开发免疫功能化的静电纺丝纤维支架抑制残余肿瘤复发
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
关注高分子科学技术 👉
长按二维码关注
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina
（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
这里“阅读原文”，查看更多