一、研究背景

用于治疗应用的人体组织等效物的开发需要精心设计支撑材料（支架），以确保生物工程类似物所需的机械性能和功能。生物工程中最有前途的方法之一是开发基于天然大分子（如胶原蛋白、蜘蛛蛋白、纤维蛋白、壳聚糖、透明质酸和海藻酸钠）的支架，其物理和化学性质与细胞外基质（ECM）成分密切匹配，并含有成纤维细胞和上皮细胞识别的特定信号决定因子。人工支架的这些特性决定了其加速组织再生过程、促进细胞粘附、增殖和分化的能力。胶原蛋白由于其低毒、免疫原性、对皮肤蛋白酶的抗性和低成本，传统上被用于生物工程。胶原蛋白的三链右超螺旋结构的分子结构决定了它的高强度和弹性。以胶原蛋白为主要蛋白质成分的ECM结构代表了纳米纤维构成的分子网络。根据纤维的排列，胶原基ECM的结构可以是随机的（真皮），也可以是有规律的（肌腱、筋膜和血管）。根据组织类型的不同，天然胶原纤维的结构组织和直径为骨骼40-50纳米，软骨组织25-130纳米，结缔组织40-300纳米这种纳米纤维结构可以通过广泛使用的静电纺丝设备获得具有纤维结构的材料的一个重要特征是能够根据纤维直径维持某种类型细胞的生存能力。因此，研究表明纳米纤维支架上干细胞的增殖率高于微纤维结果表明，纤维直径在300 ~ 700nm范围内的纤维支架最适合皮肤组织再生纳米纤维材料具有足够的孔隙来扩散营养物质和信号分子，以支持细胞的生命活动。此外，这种材料的小孔径防止了上皮细胞的浸润，使其适合于人造上皮片的生成。

然而，由于几个问题，从水溶液中静电纺丝胶原蛋白仍然是相当具有挑战性的。首先，由于其高粘度的胶原蛋白溶液。克服这个问题的标准方法是使用1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇（HFIP），它大大促进了胶原蛋白纺丝过程。然而，几项研究表明，在氟醇溶液中，胶原蛋白很容易变性并转化为明胶。当然，这就是为什么只有少数报道用非变性或轻微变性的胶原蛋白制备纳米纤维材料的原因之一。明胶保留了胶原蛋白的一些积极特性；特别是对细胞粘附和增殖有促进作用，但对创面收缩没有作用此外，冻干法制备的生物复合材料与胶原相比，明胶含量较高，可缩短小鼠伤口愈合时间在先前的研究中，确定了足以降低纺丝溶液粘度并保持胶原蛋白分子结构的溶剂组成和流变参数。

在这里，我们报道了不同程度胶原变性的非织造支架的制造、体外细胞相容性的定义以及体内长期皮下植入（SCI）的效果。

二、摘要

再生医学和生物工程的进一步发展高度依赖于具有活性生物学特性的三维高分子支架的发展。最受关注的是天然细胞外基质成分，主要是胶原蛋白。本文采用静电纺丝设备制备了不同程度胶原变性、纤维直径为250 ~ 500 nm的非织造纳米纤维材料，并对其进行了表征。用DSC和FTIR分析证实胶原变性。胶原蛋白和明胶非织造材料（NWM）在体外与皮肤成纤维细胞和角质形成细胞的生物相容性仅存在微小差异。在长期皮下植入研究中，胶原蛋白比明胶NWM的炎症反应不明显。值得注意的是，明显的钙化仅出现在胶原蛋白NWM中。所得结果可用于改进水溶液中胶原蛋白的静电纺丝技术，并强调长期研究的重要性，以确保材料的正确实施，考虑到胶原蛋白引起钙化的能力。

三、结论

总之，短期研究稳定的非织造胶原蛋白和明胶已经显示了胶原蛋白样品的一些好处。尽管含胶原材料在骨组织工程和修复中是非常有效的，但胶原诱导钙化的能力是软组织重建中使用含胶原材料的一个重要障碍。所获得的结果强调了长期观察的重要性，并呼吁不局限于生物相容性的短期评估。

图1.以胶原蛋白(A)、胶原/明胶(B)、明胶(C)为基础的纤维材料的显微照片，以及它们的溶液制备温度。胶原基材料在异丙醇：PBS（75:25）和0.1% genipin溶液中交联6天后，在37°C下的显微照片。胶原/genipin比值：(D) 1/1, (E) 2/1, (F) 5/1。标尺尺寸为2 μm。

图2.皮下植入C57bl小鼠后的胶原- (C)、胶原/明胶- (CG)和明胶- (G)纳米纤维样品。图片拍摄于SCI第35天。伤口外观（宏观），苏木精和伊红（H&E），茜素红（AR）染色。标尺100 μm。