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《ACS Nano》综述:用于组织工程的磁性纳米复合水
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摘要：【背景介绍】 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
【背景介绍】
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。
【摘要】
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。
【图文解析】
洞察TS-Gel-Ag-Col凝胶成分之间的相互作用
在用于TE支架开发的所有材料中，聚合物水凝胶是最有前途的候选者，因为它们的富水成分类似于生物组织的水，从而可以包裹细胞和其他生物实体，并且有可能成为可能。在作用部位以液态注入，并在原位形成凝胶。在生物医学领域中使用的不同纳米材料中，磁性纳米颗粒(MNP)是最令人感兴趣的一种，因为它有可能被外部施加的磁场远程驱动。单独或作为更复杂结构的一部分将其掺入水凝胶已被广泛评估。MNP的固有特性可通过施加外部磁场来控制其在水凝胶网络的3D空间中的分布，从而实现各向异性磁响应支架材料的受控设计。此外，可以利用外部施加的磁场按需提供的磁/机械刺激，结合由磁性材料定义的分布产生的各向异性结构，来控制封装的细胞的生长，迁移，增殖和分化在磁性水凝胶中朝向目标谱系，从而产生具有特定有序特征的充满细胞的构建体，从而重建了天然组织的结构(图1)。
图1.示意图:使用磁性水凝胶工程化人体的不同组织。
磁性纳米粒子
当施加交变磁场或非交变磁场时，MNP的磁性取决于其响应。通过控制MNP的物理和化学特征(图2)，可以预测它们在磁场作用下的响应。因此，在这类纳米材料上感应的磁矩可用于控制其方向和/或在其他更复杂结构内的积累，同时防止其聚集，沉淀和/或非特异性定位，以及发生不良的相互作用或 对周围环境的潜在有害副作用。
图2.不同MNP的透射电子显微镜图像
最初的考虑因素:MNP的磁性和结构。
MNP的特殊特性证明了它们在广泛应用中的广泛使用。为了更好地理解MNP的特性可能发生的变化，有必要引入以下幅度来定义磁性材料:
饱和磁化强度(MS):这是MNP在磁场作用下可以达到的最大磁化强度。
剩余磁化强度(MR):表示去除磁场后MNP的剩余磁化强度。
矫顽磁场(Hc):必须施加磁场以使材料的净磁化强度恢复为零。
磁各向异性常数(Ka):由MNP的物理特性(尤其是晶格的对称性)定义。此大小确定势垒能量以反转磁偶极子的方向。
这些参数是从铁磁性和亚铁磁性材料的磁化强度与外加磁场曲线获得的，这些曲线通常使用超导量子干涉仪(SQUID)或振动样品磁力计(VSM)进行测量。所有这些量值都与磁性材料的物理化学性质有很大的依赖性，可以通过对MNPs的制造过程进行详尽的控制来调整其值。另一方面，非磁性材料的特点是对外部磁刺激的响应极弱，可以分为抗磁性(被磁场排斥)或顺磁性(被磁场吸引)(图3a)。
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。
文章来源：《中国组织工程研究》 网址: http://www.zgzzgcyj.cn/zonghexinwen/2021/0208/981.html