组织工程（TE）的最终目标是将受损组织完全恢复到受伤前的状态，同时减少愈合时间和医疗并发症。为此，该领域依赖于能够在组织形成的初始阶段提供结构支撑的人造复合材料（支架）的开发。这些工程支架应具有以下特征：（i）从纳米到宏观模拟天然组织的复杂结构；（ii）满足组织的机械，电气和结构特性，这些特性在几乎所有情况下都是异质的；（iii）提供所需的生物物理和生化线索，以诱导所需的包囊细胞生长，增殖和分化；（iv）确保按需设计脚手架设计的技术可扩展性。



人体的大多数组织都具有高度各向异性的物理特性和生物组织。磁性纳米颗粒的固有性质使其能够用作磁机械远程致动器，以在外部磁场的作用下控制封装在水凝胶中的细胞的行为。最近，葡萄牙米尼奥大学Rui M. A. Domingues和Manuela E. Gomes教授团队在《ACS Nano》上发表题为“Magnetic Nanocomposite Hydrogels for Tissue Engineering: Design Concepts and Remote Actuation Strategies to Control Cell Fate”的综述。他们结合了制备显示出可控性能的磁性纳米粒子的主要策略的详细摘要，以及将其掺入水凝胶的不同方法的分析。还综述了磁响应纳米复合水凝胶在不同组织工程中的应用。

图1.示意图：使用磁性水凝胶工程化人体的不同组织。





图2.不同MNP的透射电子显微镜图像





图3.（a）铁/亚铁磁性，超顺磁性，抗磁性和顺磁性材料的典型磁化强度与施加磁场（MvsH）曲线。（b）当施加外部磁场时，球形MNP和立方MNP中原子磁矩方向的示意图。（c）锌掺杂对磁铁矿MNP影响的示意图。（d）配体交换，取代原始配体（蓝色）和（e）聚合物涂层（MNP被聚合物层（红色）包围）的示意图。最初的油酸封端的MNP在使用聚（马来酸-alt-酸酐）接枝的十二烷基胺进行聚合物涂覆之前和之后在（g）己烷（顶部）-水（底部）混合物中稳定。





图4.产生各向异性生物材料的静磁场





图5.（a）可用于制备载有MNPs的水凝胶的不同策略的示意图。（b）掺入不同数量的垂直和平行排列的磁响应纤维素纳米晶体对明胶水凝胶的储能模量的影响浓度。（d）各向同性和各向异性的明胶水凝胶对接种的人脂肪来源的干细胞（hASC）的排列的影响。（e）封装人间充质干细胞后，软骨蛋白标记物聚集蛋白聚糖（红色），SOX9（绿色）和胶原蛋白II（绿色）在磁性水凝胶中上调。





图6.通过掺入磁响应材料并随后施加外部磁场而制备的各向异性水凝胶的显微镜图像。上面的图像显示了静态条件下的样品，下面的图像显示了在磁场作用下的样品。





图7 软骨。（a）软骨组织的各向异性结构组织的示意图。（b）磁性水凝胶在软骨TE中的应用：生物打印两层胶原基水凝胶的开发。





图8 （a）从宏观到纳米尺度的骨组织层次结构示意图。（b）磁性水凝胶在骨TE中的应用。



图9 肌腱和腱到骨。（a）腱-骨界面和（b）腱/韧带组织的示意图。（c）磁性水凝胶在腱-骨TE中的应用。

论文链接：

doi.org/10.1021/acsnano.0c08253


信息来源: 高分子材料科学

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