微-納拓撲結(jié)構(gòu)蠶絲蛋白支架的構(gòu)建及其骨修復功能研究.pdf

1、人體骨骼是由一套從微觀到宏觀層次分明的結(jié)構(gòu)組成的器官。骨相關(guān)疾病嚴重危害數(shù)千萬人的健康。通過合理選用骨組織工程治療策略，為攻克人體骨缺損疾病開辟了一條新的道路。蠶絲蛋白是一類性能獨特的天然大分子，由于其具有許多優(yōu)良的物化特性在骨組織工程領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。
　　目前基于蠶絲蛋白的骨修復材料通常設計思路包含絲蛋白支架、細胞和生長因子，過程為:首先制備蠶絲蛋白多孔支架，其次將間充質(zhì)干細胞(MSC)接種在支架上體外擴增，然后添加

2、外源生長因子誘導MSC的分化，最后將細胞/支架復合材料植入骨缺損部位修復缺損骨。與此同時，利用仿生礦化法，蠶絲蛋白誘導羥基磷灰石(HAp)晶體的生成，可用于蠶絲蛋白骨修復材料的構(gòu)建。然而，蠶絲蛋白骨組織工程仍面臨著挑戰(zhàn)，還需要克服目前的不足如仿骨結(jié)構(gòu)不完全，支架骨誘導性不高，需要額外添加骨誘導劑，修復大塊骨缺損能力不足等。因此，如何有效模擬骨組織的成分和結(jié)構(gòu)，制備“智能”蠶絲蛋白仿骨材料，提高MSC的成骨分化能力和骨修復能力，是目前構(gòu)建

3、蠶絲蛋白仿骨支架亟待解決的關(guān)鍵問題。
　　針對上述關(guān)鍵問題，本研究開發(fā)新型蠶絲蛋白材料加工技術(shù)，構(gòu)建具有微/納拓撲結(jié)構(gòu)的蠶絲蛋白支架，提高其骨誘導性能，以期獲得具有優(yōu)良特性的骨修復材料。主要結(jié)果如下:
　　(1)利用共沉淀礦化法獲得納米針狀HAp晶體來提高蠶絲蛋白材料的成骨分化能力:
　　以絲蛋白為模板調(diào)控晶體在蛋白表面的成核和生長，生成具有與天然骨HAp尺寸大小和結(jié)構(gòu)類似的納米針狀HAp晶體;HAp/絲蛋白材料能夠促

4、進MSC的粘附，具有良好的細胞相容性并促進MSC向成骨細胞的分化。因此，利用生物礦化調(diào)控HAp形貌可誘導MSC向成骨的分化，提高蠶絲蛋白材料的骨誘導性。
　　(2)利用靜電紡絲技術(shù)與冰晶模板法構(gòu)建具有拓撲結(jié)構(gòu)的2D蠶絲蛋白膜，提高蠶絲蛋白膜的骨誘導能力:
　　通過靜電紡絲技術(shù)，制備具有串珠微粒結(jié)構(gòu)和納米纖維結(jié)構(gòu)的絲蛋白膜，而串珠微粒結(jié)構(gòu)的膜能顯著誘導MSC向成骨方向分化;在此基礎上，開發(fā)冰晶模板法調(diào)控絲蛋白膜的表面形貌，形成

5、具有規(guī)則脊狀拓撲結(jié)構(gòu)的絲蛋白膜;MSC在脊狀絲蛋白膜上顯著被拉伸并促進MSC表達更多的骨相關(guān)蛋白，并在皮下模型中異位成骨。因此，基于串珠狀拓撲結(jié)構(gòu)和脊狀拓撲結(jié)構(gòu)的絲蛋白膜具有很好的骨誘導性，屬于“智能型”仿骨生物材料范疇。
　　(3)通過冷凍鑄造技術(shù)構(gòu)建片層狀3D蠶絲蛋白多孔支架，實現(xiàn)大尺寸缺損骨的修復:
　　通過冷凍鑄造法制備具有規(guī)則片層狀的絲蛋白多孔支架;片層狀支架具有較高的抗壓強度和彈性模量;片層狀支架能夠在3D培養(yǎng)環(huán)