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Se han asociado varias dificultades con el desarrollo de un recubrimiento robusto a nanoescala en la superficie de las nanofibras electrohiladas. En un estudio publicado recientemente en comunicación de la naturaleza, Los científicos han logrado diseñar un método simple, controlable y versátil para desarrollar una nanopiel superlubricada (SLNS) en la única nanofibra electrohilada. en el sitio.
Estudio: Crecimiento in situ de una nanopiel superlubricada resistente sobre nanofibras electrohiladas para la prevención de la adhesión posoperatoria. Crédito: David Tadevosian/Shutterstock.com
Nanofibras electrohiladas
Las nanofibras sintetizadas por electrohilado se usan comúnmente en varios campos, incluidos la ingeniería biomédica, la energía y el medio ambiente. Porque el electrohilado es responsable de producir estructuras altamente controlables con funciones específicas.
Figura 1. La comparación de nuestra estrategia de recubrimiento de superficie desarrollada para construir una nanopiel superlubricada sobre nanofibras electrohiladas con un método informado anteriormente. a Representación esquemática de un procedimiento ligeramente modificado en comparación con el método anterior17.18. Ácido poliláctico PLA, Benzofenona BP, MPC 2-Metacriloiloxietilfosforilcolina, PMPC Poly MPC, Ultravioleta UV. b Representación esquemática de nuestro método optimizado de polimerización iniciada bajo la superficie. C Resultados representativos de SEM y XPS de nanofibras electrohiladas que comparan la morfología de la superficie y la composición elemental entre el método en a y en b. Los experimentos se repiten tres veces de forma independiente con resultados similares. © Wang Y, Xu Y, Zhai W et al. (2022)
Estas membranas de nanofibras también se utilizan para en vivo Tratamientos que requieren contacto directo con tejido humano. La eficacia de la aplicación de nanofibras electrohiladas depende del rendimiento de su superficie. Las propiedades de la superficie de las nanofibras electrohiladas, como la estructura del patrón y la orientación de la fibra, se ajustan de manera efectiva mediante varios métodos.
La incorporación de estas propiedades mejora la capacidad de crecimiento celular en la superficie de la fibra junto con la adhesión celular, lo que juega un papel importante en la aceleración del proceso de regeneración de tejidos. Sin embargo, el crecimiento celular descontrolado y la adhesión a los tejidos vecinos tienen consecuencias irreversibles.
Propiedad de adhesión celular no específica de membranas electrohiladas
Las membranas basadas en ácido poliláctico electrohilado (PLA) (por ejemplo, película DK) se utilizan clínicamente con fines antiadherentes. Esta membrana forma una barrera entre los tejidos lesionados. Sin embargo, una de las desventajas de esta membrana es que se adhiere a la superficie del tejido. Por lo tanto, es extremadamente importante crear una membrana electrohilada con propiedades superficiales antiadherentes superiores para evitar la adherencia posquirúrgica.
La lubricación por hidratación podría usarse de manera efectiva para diseñar membranas de nanofibras con superficies antiadherentes. Desde el punto de vista mecánico, los polímeros de polielectrolitos (p. ej., poli(2-metacriloiloxietilfosforilcolina) (PMPC)) muestran una fuerte adsorción en la capa de hidratación debido a las cargas zwitteriónicas y, posteriormente, promueven un coeficiente de fricción (COF) extremadamente bajo entre las superficies deslizantes. Esta condición impide la adhesión celular no específica.
Optimizar la unión interfacial entre las cadenas de polímero de sustrato de nanofibras y las cadenas de polímero zwitteriónico en el recubrimiento es una tarea desafiante. Aunque los métodos de modificación de la superficie (por ejemplo, el injerto de cadenas de polímeros) se utilizan para este propósito, no pueden desarrollar recubrimientos zwitteriónicos fuertes. Esto se debe a que el PLA es sensible a los solventes orgánicos y se disolverá durante la modificación de la superficie.
Figura 2. Propiedades de adhesión antitejido in vivo de las membranas de nanofibras electrohiladas superlubricadas basadas en el modelo de adhesión de tendón de rata. a Diagrama esquemático que muestra todo el proceso de experimentación con animales. b Fotos del tendón extraído 14 días después de la implantación y tinción H&E, así como imágenes de la tinción de Masson. Barra de escala: 500 µm. Las flechas negras apuntan al empalme. membrana M. tendón en T. Ninguna responsabilidad. Imágenes microscópicas de barrido láser confocal representativas para la tinción de inmunofluorescencia de C COL-III (escala: 100 µm) y es decir TNF-α (barra de escala: 200 µm). El color rojo representa la proteína diana y el color azul representa el núcleo celular. comparación de mi evaluación de responsabilidad, F Área de adhesión y niveles relativos de expresión de GRAMO COL-III también H TNF-α para los grupos control, interceed, película DK, PLA-NM y SLNM, respectivamente. Los experimentos en b–es decir se replican tres veces de forma independiente con resultados similares. © Wang Y, Xu Y, Zhai W et al. (2022)
Desarrollo de una nanopiel superlubricada sobre nanofibras electrohiladas
Recientemente, se ha desarrollado una piel de hidrogel que se entrecruza con el sustrato y promueve una fuerte unión interfacial. Se implementó un procedimiento similar para desarrollar una nanopiel superlubricada sobre nanofibras electrohiladas. En este estudio, se utilizó benzofenona (un iniciador hidrofóbico) para impregnar el sustrato de nanofibras de PLA electrohiladas. Antes de este tratamiento, las nanofibras de PLA electrohiladas se trataban con plasma.
En un método anterior, después de remojarlas en benzofenona, las membranas de nanofibras electrohiladas se sumergieron en una solución acuosa de monómero de metacriloiloxietilfosforilcolina (MPC) que contenía un iniciador hidrofílico 2-hidroxi-1-[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]-2-metil-1-propanona (I-2959). El siguiente paso fue exponer cada lado a la luz ultravioleta durante 30 minutos. La membrana se enjuagó con suficiente agua desionizada para eliminar las moléculas de PMPC débilmente unidas. Las nanofibras de PLA electrohiladas funcionalizadas en la superficie recién sintetizadas que contenían PMPC en la superficie mostraron un rendimiento de hidratación y lubricación.
Últimamente, en el sitio Se cultivó una nanopiel superlubricada (SLNS) (de adentro hacia afuera) sobre una superficie de nanofibras electrohiladas. Durante el proceso de electrohilado, el I-2959 (molécula pequeña hidrófila) se autoensambló en la subsuperficie de las nanofibras de PLA (polímero hidrófobo). La principal ventaja de esta técnica es que no se requiere el segundo iniciador fuera de las nanofibras. Como se indicó anteriormente, la fotopolimerización se llevó a cabo exponiendo ambos lados de las membranas de nanofibras electrohiladas PLA/I-2959 a los rayos ultravioleta durante 30 minutos, que luego se sumergieron en una solución acuosa de monómero de MPC. La membrana de nanofibras electrohiladas se enjuagó con agua desionizada para eliminar el MPC no unido y, por lo tanto, se sintetizaron membranas superlubricadas.
Ambas técnicas descritas se compararon utilizando diferentes herramientas analíticas, como la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y la microscopia electrónica de barrido (SEM). Las composiciones de elementos superficiales de las membranas superlubricadas recién sintetizadas se analizaron con XPS.
La nanofibra electrohilada sintetizada por el primer método mostró la presencia de un elemento de fósforo derivado de PMPC. Por lo tanto, los datos de XPS mostraron que el recubrimiento de PMPC se produjo con éxito en el primer proceso. Sin embargo, el análisis SEM mostró un daño claro en las nanofibras, lo que sugiere fuertemente que no se puede aplicar un recubrimiento de piel de hidrogel a las nanofibras. Sin embargo, los datos de SEM y XPS del Superlubricated Nano-Skin (SLNS) recientemente desarrollado mostraron un recubrimiento exitoso sin destruir las estructuras de nanofibras.
importante que en el sitio recubrimiento superlubricado crecido formado en la superficie de nanofibra electrohilada con un espesor de aproximadamente 1 a 10 nm. Además, el COF fue inferior a 0,025. Las membranas de nanofibras recientemente desarrolladas mostraron propiedades de tracción y biocompatibilidad ideales.
Figura 3. Posible mecanismo antiadherente de las membranas de nanofibras electrohiladas superlubricadas. a Diagrama esquemático que muestra la aparición de adherencia tisular posoperatoria. La fibrosis intersticial y la inflamación están involucradas en este proceso. Representaciones esquemáticas de los mecanismos de b inhibición de la fibrosis y C Reducción de la inflamación basada en la capa de hidratación obstinada que se forma alrededor de los grupos de fosforilcolina zwitteriónicos en la superficie SLNM. © Wang Y, Xu Y, Zhai W et al. (2022)
Rendimiento antiadherente de Superlubricated Nano-Skin en nanofibras electrohiladas
El SLNM recientemente desarrollado con la nano-piel superlubricada mostró un rendimiento antiadherente significativo. Es importante destacar que el material recién sintetizado demostró un mayor rendimiento de liberación a costos de producción más bajos en comparación con dos productos antiadherentes utilizados comercialmente, a saber, DK-Film e Interceed. Este hallazgo fue validado con un in vitro prueba de adhesión anti-celular y una en vivo El estudio (prueba de adhesión anti-tejido) también se realizó utilizando modelos de adhesión abdominal y de adhesión de tendones en ratas. En el futuro, la aplicación del biomaterial superlubricado recientemente desarrollado podría prevenir las adherencias postoperatorias.
Relación
Wang Y, Xu Y, Zhai W. et al. (2022) Crecimiento in situ de una nanopiel superlubricada robusta sobre nanofibras electrohiladas para la prevención de adherencias posoperatorias. comunicación de la naturaleza, 13, 5056. https://www.nature.com/articles/s41467-022-32804-0
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