《Biomaterials》：新型蔬菜废料摇身一变成为细胞支架

植物废物的再处理是一个新的研究领域，能够为潜在的生物医学应用和食品工业设计提供新的生物材料。纳斯特中心-罗马托尔维尔加塔大学Sonia Melino教授团队从Lupinus albus L. hull, LH中获得了一种生物材料，通过扫描电镜对其微观结构、抑菌和支架性能进行了表征。观察到人间充质干细胞(hMSCs)在LH支架上的良好粘附和增殖。由于其纤维素和有益的植物化学物质含量高，黄体生成素及其衍生物可作为制备生物相容性和生物活性支架的有效来源。因此，优化了LH的再处理工艺，制备了一种新的LH生物塑料BPLH。对BPLH的吸水性能、降解性能、抗菌性能及力学性能进行了评价。在2周内观察到成纤维细胞和hMSCs在BPLH上有良好的粘附和增殖，3周后对hMSCs的免疫荧光分析表明其致力于肌肉分化。为植物废物的回收和价值化提供了一种新的方法，显示了LH和BPLH作为废物基细胞支架的显著特相关工作以“New vegetable-waste biomaterials by Lupin albus L. as cellular scaffolds for applications in biomedicine and food”为题于2022年12月23日发表在“Biomaterials”上。

作者制备了干燥的LH支架，然后用PBS水化，切成直径为1cm的圆盘。用扫描电镜进行了超微结构分析。LH支架内外侧显微照片表明LH的内侧光滑，外侧存在生理性微孔隙，孔隙约为10 μm;这种膜系统可能与气体渗透性的生理相关。采用BL21耐氨苄西林大肠杆菌菌株对LH支架和FLHs的抑菌活性进行了评价。在无菌LB培养基中，一个LH在4℃下孵育4天，大肠杆菌的生长显著减少。使用LB培养基或不使用LH/FLH盘的细菌生长情况表明，在FLH的情况下，观察到细菌生长的高度减少，但LH的存在也会导致生长放缓。这种抗菌活性可以归因于LH/FLH释放的抗菌植物化学物质。

图1 LH和FLH的显微结构表征及抗菌性能。

荧光分析也观察到样品在408 nm激发，在450 nm的紫/蓝范围内发射。作者还对LH和BPLH进行了FTIR分析，以获得比较信息并检查是否存在差异。BPLH显示了纤维素的典型FTIR曲线，其特征峰与Raspolli等人报道的C-O基团在1020 cm−1处的拉伸和糖苷- C1H在897 cm−1处的变形有关。3355 cm - 1的大而强烈的带是由-OH基团的振动，表明纤维素大分子之间存在强烈的分子间氢键。最后，可以注意到在2904 cm−1处的峰值，这是烷基伸长振动的特征。从FTIR分析中，Ritcey AM等人显示了干燥薄膜在形成和TFA蒸发后是如何三氟乙酰化的，在光谱中1790 cm−1处存在一个显著的峰。然而，这种酯化作用只是暂时的，因为它在有水存在或在潮湿的气氛(60% RH)中自发地在1-2天后被去除。事实上，从BPLH的FTIR光谱观察，在TFA蒸发和PBS洗涤后，没有发现这个峰的存在，说明酸的痕迹已经完全消除。虽然从LH和BPLH光谱的比较中可以看到共同的特征峰，特别是在指纹区，但有可能看到一些差异，即与TFA反应后两个峰的消失:第一个峰在2854 cm−1处与亚甲基的对称拉伸有关，第二个峰在1733 cm−1处与羰基的拉伸有关。

图2 BPLH的UV-Vis和FTIR光谱物理化学表征。

作者将BPLH置于ddH2O、1 M HCl、1 M NaOH或1:10 E:S (w/w)胰蛋白酶溶液中，在10 mM Hepes缓冲液、pH 8.5中孵育6周，测试BPLH的降解性。当BPLH在H2O或HCl和胰蛋白酶溶液中孵育时，没有出现断裂或初始样品降解，但在基本条件下，使用1 M NaOH溶液，降解过程加快，BPLH降解明显。通过吸水试验评价生物塑料的水化能力，定性测定其亲水性。在24小时的时间间隔内评估生物塑料的吸水百分比(% WU)。测试结果显示，样品在37℃浸泡在双蒸馏水中，几分钟后达到400% WU，在其余的研究间隔时间内几乎保持不变，获得的生物塑料具有高水化率的特点。有趣的是，在样品制备两个月后，再次进行测试，证实了水化速度，但最大值约为300% WU。初始水化能力的降低可能是由于样品的老化，这表明WU可以作为评估生物塑料老化的参数。通过拉伸试验，分析了扁桃皮生物塑料的力学性能，确定了其弹性模量和断裂载荷。模量为低应变时应力应变曲线线性截面的斜率，断裂载荷为破坏时记录的值，考虑到材料已表现出弹脆行为。得到的典型应力-应变曲线表明最终弹性模量平均值为0.08±0.02 MPa，断裂载荷的弹性模量平均值为3.5±0.9 MPa。

图3 BPLH的降解性能、吸水性能和力学性能。

文章来源：

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121984

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