电纺纤维特性对异物反应调控的影响
电纺纤维在调节异物反应中的应用
背景介绍
在生物医学领域，植入式医疗器械（如皮下植入物）的应用日益广泛。然而，这些设备在植入后常常会引发宿主的免疫反应，称为异物反应（Foreign Body Response, FBR）。FBR 是一种复杂的免疫反应，通常会导致植入物被纤维化组织包裹，从而影响其功能。为了改善植入式医疗器械的长期性能，研究人员一直在寻找能够调节 FBR 的方法。近年来，电纺纤维（electrospun fibers）因其高孔隙率和仿生特性，被认为是一种潜在的解决方案。电纺纤维能够模拟天然细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM），促进组织再生，并减少纤维化反应。
本文旨在探讨电纺纤维在调节 FBR 中的应用，详细分析了纤维直径、聚合物选择、纤维取向等参数对 FBR 的影响，并提出了通过表面修饰进一步优化电纺纤维的策略。
论文来源
本文由 Taron M. Bradshaw 和 Mark H. Schoenfisch 撰写，两人均来自美国北卡罗来纳大学教堂山分校（University of North Carolina at Chapel Hill）的化学系。论文于 2025 年发表在《ACS Biomaterials Science & Engineering》期刊上，题为《Properties of Electrospun Fibers That Influence Foreign Body Response Modulation》。
论文主要内容
1. 电纺纤维的制备及其对 FBR 的影响
电纺纤维是通过将天然或合成聚合物溶解在溶剂中，并通过施加电场的金属毛细管挤出形成的。电纺纤维具有高孔隙率和高比表面积，能够模拟天然 ECM，为细胞提供附着、增殖和分化的环境。研究表明，电纺纤维的多孔表面能够促进组织再生，减少纤维化反应，从而改善植入物的生物相容性。
纤维直径的影响
纤维直径是影响 FBR 的重要因素之一。研究表明，纤维直径的大小直接影响细胞的浸润和营养物质的扩散。较小的纤维直径（如 300 nm）能够促进细胞增殖和血管生成，而较大的纤维直径（如 2.61 μm）则能够促进巨噬细胞的抗炎表型分化。然而，不同研究对理想纤维直径的结论存在分歧，表明纤维直径的选择应根据具体应用进行调整。
聚合物选择与组成
电纺纤维可以由合成聚合物（如聚己内酯，PCL）或天然聚合物（如壳聚糖，chitosan）制成。合成聚合物通常具有更好的机械性能，而天然聚合物则具有更好的生物相容性。通过将两种或多种聚合物结合，可以综合各自的优点。例如，将聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）与 PCL 结合，能够改善纤维的机械性能和生物相容性。
纤维取向的影响
纤维取向也是影响 FBR 的重要因素。研究表明，纤维的取向应与天然 ECM 的结构相匹配。例如，随机取向的纤维能够促进细胞的随机生长，而平行取向的纤维则能够促进细胞的定向生长。此外，网格或晶格结构的纤维支架能够结合随机和平行取向的优点，促进细胞的迁移和生长。
2. 表面修饰对 FBR 的调节
除了纤维本身的特性外，电纺纤维的表面修饰也能够进一步调节 FBR。通过将生物分子（如生长因子、细胞外基质等）与电纺纤维结合，可以延长 FBR 的调节效果。例如，将巨噬细胞囊泡（macrophage vesicles）与电纺纤维结合，能够驱动炎症反应的特定方向，减少胶原沉积。此外，将转化生长因子-β3（TGF-β3）与电纺纤维结合，能够促进软骨分化，改善肌腱-骨结构的修复。
3. 未来展望
尽管电纺纤维在调节 FBR 方面显示出巨大潜力，但仍有许多问题需要进一步研究。例如，纤维直径、聚合物选择和纤维取向的最佳组合仍需根据具体应用进行优化。此外，电纺纤维的表面修饰策略也需要进一步探索，特别是将药物分子或其他治疗剂与纤维结合，以改善局部组织的炎症反应。
论文的意义与价值
本文系统地总结了电纺纤维在调节 FBR 中的应用，详细分析了纤维直径、聚合物选择、纤维取向等参数对 FBR 的影响，并提出了通过表面修饰进一步优化电纺纤维的策略。这些研究为开发新型生物材料提供了重要的理论依据，具有重要的科学价值和应用前景。
亮点
- 纤维直径的调控：本文详细探讨了纤维直径对 FBR 的影响，提出了根据具体应用选择纤维直径的策略。
- 聚合物选择与组成：通过将合成聚合物与天然聚合物结合，本文展示了如何综合各自的优点，改善纤维的机械性能和生物相容性。
- 纤维取向的影响：本文提出了纤维取向应与天然 ECM 结构相匹配的观点，为设计仿生支架提供了新的思路。
- 表面修饰策略：本文探讨了通过表面修饰进一步调节 FBR 的策略，为开发新型生物材料提供了新的方向。
结论
本文通过系统分析电纺纤维在调节 FBR 中的应用，展示了其在生物医学领域的巨大潜力。未来的研究应进一步优化纤维的制备参数和表面修饰策略，以实现更有效的 FBR 调节和更广泛的应用。