一种仿生三维高分子纤维网络结构及其制备方法与应用

本发明属于癌症诊断材料，具体涉及一种仿生三维高分子纤维网络结构及其制备方法与应用。

背景技术：

1、循环肿瘤细胞(circulating tumor cells,ctcs)是指从原位肿瘤病灶脱离并进入人体外周循环系统，随着血液循环进入其他组织和器官，生长成新的肿瘤组织的肿瘤细胞。作为肿瘤转移的重要环节，循环肿瘤细胞不仅携带着原位肿瘤病灶的全部基因信息，并且在癌症初期就已经存在于外周血液循环系统中，被认为是癌症早期诊断和预后预测重要的生物标志物。然而，由于其稀有性和脆弱性，从复杂血液成分中高效捕获并温和释放ctcs仍充满挑战。

2、目前，电纺纤维由于高比表面积、可调的孔径和孔隙率等特点而被广泛应用于ctcs的检测分离，然而该方法采用的识别配体(抗体、适配体等)存在接枝繁琐、价格昂贵、容易失活等缺点，且大多数纤维材料为二维结构，其堆砌紧密、空间利用率低，使得ctcs的捕获充满挑战。除此之外，目前基于酶解、电刺激、紫外光照射等释放ctcs的方法是侵入性的，会破坏细胞活性。

技术实现思路

1、针对现有技术中接枝繁琐、价格昂贵、容易失活、堆砌紧密、破坏细胞活性的问题，本发明提供一种仿生三维高分子纤维网络结构及其制备方法与应用，其目的在于：实现对肿瘤细胞的高效检测和分离。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种仿生三维高分子纤维网络结构在高效捕获和无损释放循环肿瘤细胞中的应用。

4、一种用于高效捕获和无损释放循环肿瘤细胞仿生三维高分子纤维网络结构，包括3d-g纤维网络，所述3d-g纤维网络上设置有feiii-ta-peg涂层。

5、采用上述方案，肿瘤微环境(tumor microenvironment,tme)是肿瘤细胞生存和转移的重要生态系统，细胞外基质(extracellular matrix,ecm)是tme的主要组成部分，它是由复杂动态的结构蛋白、糖胺聚糖和信号蛋白等多种生物大分子组成的三维(3d)纤维网络结构。此外，由于肿瘤细胞代谢相比于正常细胞更为旺盛，其在代谢过程中会产生更多的活性氧，为了避免这些活性氧对肿瘤细胞造成氧化损伤，肿瘤细胞产生了大量的谷胱甘肽(glutathione,gsh)去及时清除过量的活性氧。因此，受肿瘤微环境3d纤维网络结构和高丰度gsh启发，具有gsh响应性的3d纤维网络有助于高效捕获和友好释放ctcs以保持其高细胞活力。

6、3d-g纤维网络的的立体三维结构由于孔隙率较高，而使循环肿瘤细胞可以进入3d-g纤维网络内部，提高材料与细胞的接触机率，进入3d-g纤维网络的肿瘤细胞被feiii-ta-peg涂层识别和捕获，这是由于ta对一些紧密缠绕的小而致密的蛋白质亲和力差，但却对序列中含有很高比例脯氨酸残基的延伸蛋白和肽具有很强的亲和力，比如唾液酸、明胶等，结合的主要驱动力是“疏水效应”，其可以通过酚环与脯氨酸上吡咯烷环形成疏水堆积，而酚羟基与蛋白质上脯氨酸的羰基之间的“氢键”作用会增强络合。因此，表面具有一层含丰富唾液蛋白、明胶等糖萼结构的循环肿瘤细胞，容易被ta识别和结合，使得ta能够广谱捕获各种类型的循环肿瘤细胞。在谷胱甘肽的作用下能够将feiii-ta-peg涂层中的feiii还原为feii，使得不可溶的feiii-ta网络变成可溶解的feii-ta网络，从而促进feiii-ta-peg涂层的降解，达到释放捕获的ctcs的目的，同时谷胱甘肽为细胞内源性的物质，具有良好的细胞相容性，能够维持释放细胞的活性，peg用于抗白细胞粘附。

7、优选的，所述3d-g纤维网络的孔隙率为30％-70％，孔径为20-60μm。

8、采用该技术方案后，由于癌细胞的尺寸大小为10-20um左右，若孔径较小细胞无法进入孔隙，达不到提高捕获效率的目的，孔径太大会使得材料的力学性能较差，会使得孔隙容易塌陷。

9、一种仿生三维高分子纤维网络结构及其制备方法，包括以下步骤：

10、步骤a：制备3d-l纤维网络；

11、步骤b：使步骤a得到的3d-l纤维网络的孔隙率和孔径增大，形成3d-g纤维网络；

12、步骤c：在3d-g纤维网络上设置feiii-ta-peg涂层。

13、优选的，所述步骤a中通过液体接收静电纺丝技术制备3d-l纤维网络。

14、优选的，所述液体接收静电纺丝技术中的针头为20-23号针头，所述电压为11-16kv，流速为0.1-2.0ml/h，接受装置为导电接收基板相连的导电金属盆，接收距离为10-20cm，环境温度为20-30℃，湿度为50％以下。

15、优选的，步骤a中制备3d-l纤维网络的原料为pcl，步骤a的具体步骤包括：

16、步骤a1：使pcl颗粒完全溶解；

17、步骤a2：将溶解后的pcl颗粒通过液体接收静电纺丝技术制备成3d-l纤维网络，液体接收静电纺丝技术中的液体为乙醇；

18、步骤a3：将步骤a2得到的3d-l纤维网络浸泡入ro水中置换出3d-l纤维网络中的乙醇，并进行冷冻干燥得到干燥的3d-l纤维网络。

19、优选的，步骤b中通过气泡发泡技术制备3d-g纤维网络，所述气泡发泡技术的发泡液为浓度为1-10mg/ml的nabh4。

20、优选的，所述feiii-ta-peg涂层通过自组装螯合作用吸附于所述3d-g纤维网络表面。

21、优选的，步骤c具体包括以下步骤：

22、步骤c1：制备浓度为0.5-2.0mg/ml ta和浓度为0.05-0.2mg/ml peg的混合水溶液以及浓度为0.5-2.0mg/ml fecl3·6h2o水溶液；

23、步骤c2：将步骤b得到的3d-g纤维网络先后置于含有ta和peg的混合水溶液中浸泡10-30min后取出；

24、步骤c3：将步骤c2得到的3d-g纤维网络进行清洗，以除去3d-g纤维网络的纤维间隙中未完全吸附的ta和peg；

25、步骤c4；将步骤c3得到的3d-g纤维网络置于fecl3·6h2o水溶液中浸泡5-15min后取出；

26、步骤c5：将步骤c2得到的3d-g纤维网络进行清洗，以除去表面多余的fecl3。

27、采用上述方案，通过乙醇液体接收静电纺丝技术、硼氢化钠气体发泡技术和feiii-ta-peg涂层自组装技术制备的pcl三维纤维网络具备较大的孔隙率和孔径，feiii-ta-peg涂层的引入能够高效捕获多种癌细胞，且具有谷胱甘肽响应的特点，能够在谷胱甘肽响应下高活性释放捕获到的循环肿瘤细胞，该种材料制备简单、价格低廉，能够在生物材料制备过程中得到广泛实用。

28、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

29、1.通过液体接收静电纺丝技术、气体发泡技术，将原本堆砌紧密的二维纤维结构扩展成疏松多孔的三维立体结构，增大了材料的孔径和孔隙率，可以通过改变气体发泡的时间实现孔隙率和孔径大小的调节，材料的孔径和孔隙率增大后使得细胞能够进入纤维材料的孔隙内部，进一步提高了细胞和材料的接触机率，从而提高了捕获效率；

30、2.feiii-ta-peg涂层的引入能够高效、广谱捕获多种癌细胞，且具有谷胱甘肽响应的特点，能够在谷胱甘肽响应下高活性释放捕获到的循环肿瘤细胞，该种材料制备简单、价格低廉，能够在生物材料制备过程中得到广泛实用。