新型骨組織工程類細(xì)胞外基質(zhì)復(fù)合生物材料的研究.pdf

1、近年來，有機(jī)／無機(jī)復(fù)合生物材料在骨組織工程中得到日益廣泛深入的研究，其主要用途在于修復(fù)和重建人體的硬組織，作為骨替代或骨固定材料來使用。在本課題中，生物降解性合成聚合物——聚醚酯酰胺基聚氨酯(PEEA-U)作為有機(jī)基體復(fù)合納米級羥基磷灰石(n-HA)，在溶劑澆鑄成膜的基礎(chǔ)上，結(jié)合靜電紡絲工藝，制備出具有不同表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的新型仿生細(xì)胞外基質(zhì)的有機(jī)／無機(jī)復(fù)合生物材料，并體外評價復(fù)合材料對成骨細(xì)胞生物學(xué)的影響。 本課題分為4個部分：

2、 1．納米羥基磷灰石／聚醚酯酰胺基聚氨酯復(fù)合材料的制備及表征水熱合成的n-HA作為無機(jī)相與PEEA-U按不同比例混合，經(jīng)溶液共混澆鑄首先制得n-HA／PEEA-U復(fù)合膜，由TEM表征n-HA的分散狀況，通過SEM觀察材料的微觀形貌，XRD、FTIR表征其化學(xué)成分及物相組成，拉伸實(shí)驗(yàn)測定膜材料的機(jī)械力學(xué)性能。結(jié)果表明，n-HA晶體呈短棒狀，尺寸近似于自然硬組織中針晶尺寸，且較均勻地分散于有機(jī)基體中。復(fù)合材料物相分析，除了PEEA-U

3、和n-HA的主要衍射峰和特征吸收峰而外，還出現(xiàn)新峰，同時，復(fù)合材料的力學(xué)性能隨無機(jī)粒子的加入而提高。表明n—HA與PEEA-U之間既有化學(xué)鍵合又有分子間的相互作用，可在二者之間形成良好的界面結(jié)合，使復(fù)合材料能更好地傳遞外應(yīng)力，達(dá)到既增強(qiáng)又增韌的目的，使材料性能得以改善。提示n-HA與PEEA-U兩相復(fù)合制備無機(jī)／有機(jī)生物材料具有可行性，為材料的進(jìn)一步開發(fā)與利用奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 2．n-HA／PEEA-U復(fù)合材料的體外生物相容性評

4、價 采用n-HA／PEEA-U復(fù)合材料的浸提液培養(yǎng)SD乳鼠顱蓋骨成骨細(xì)胞，用體外細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)來評價復(fù)合材料的生物相容性。細(xì)胞生長抑制法(MTT法)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組的MTT值之間及它們與對照組間無顯著性差異，實(shí)驗(yàn)組的細(xì)胞相對增殖率在92％～106％，材料的細(xì)胞毒性評價為0～l級，表明nHA／PEEA-U浸提液對成骨細(xì)胞的生長無不良影響。使用流式細(xì)胞儀分析材料浸提液對細(xì)胞增殖周期DNA合成及細(xì)胞調(diào)亡的影響，結(jié)果顯不：nHA／PEEA

5、-U浸提液對成骨細(xì)胞的細(xì)胞周期影響不大，細(xì)胞周期各亞期組成比及調(diào)亡率無顯著性差異。對成骨細(xì)胞ALP的表達(dá)進(jìn)行檢測，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組ALP表達(dá)量與對照組相比無顯著性差異，nHA／PEEA-U對成骨細(xì)胞功能酶的表達(dá)無不良影響。表明PEEA-U及HA／PEEA-U材料具有成骨細(xì)胞相容性，可用于進(jìn)一步的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，作為新型生物相容性材料具有可行性。 3．靜電紡絲法制備n-HA／PEEA-U超細(xì)纖維支架的成絲工藝初探 靜電紡絲法是近

6、年來備受關(guān)注的紡織工業(yè)中制造聚合物超細(xì)纖維的方法，生物高分子材料可通過電紡制備出支架材料并應(yīng)用于組織工程的研究中。本實(shí)驗(yàn)通過對PEEA-U的電紡工藝初探發(fā)現(xiàn)，在眾多的過程參數(shù)中，溶液性質(zhì)如溶液濃度，溶劑比例是最主要的影響因素，溶液性質(zhì)的改變將導(dǎo)致明顯的電紡產(chǎn)物的形貌改變。在其后的n-HA／PEEA-U無機(jī)／有機(jī)共混體系的電紡過程中，著重考察了加入的n-HA、溶液濃度和施加電壓幾個重要參數(shù)對n-HA／PEEA-U無機(jī)／有機(jī)共混體系的電紡產(chǎn)

7、物形貌的影響。結(jié)果顯示，電紡液的粘度是所有過程參數(shù)中的最重要影響因素，溶液濃度提高或加入n-HA，均可提高電紡液的粘度和可紡性。在可紡范圍內(nèi)，溶液濃度，加入的n-HA的量均與纖維直徑成正相關(guān)。施加電壓是影響纖維形貌的又一參數(shù)，隨電壓增大，纖維直徑減小，但影響不太顯著。在可紡范圍內(nèi)，成功制備出新型的n-HA／PEEA-U無機(jī)／有機(jī)電紡纖維復(fù)合材料，纖維直徑可達(dá)到微米，亞微米甚至納米級，構(gòu)建出具有很大比表面積的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，n-HA通過獨(dú)特

8、電紡方式分布于有機(jī)纖維基體中而達(dá)到均質(zhì)。從而從成分和結(jié)構(gòu)上較大程度地體現(xiàn)了對天然硬組織的仿生設(shè)計(jì)，為研制骨組織工程仿生細(xì)胞外基質(zhì)(ECMs)材料提供了新思路。 4．n-HA／PEEA-U電紡纖維支架材料對成骨細(xì)胞生物學(xué)的影響 將溶劑澆鑄(CF)和靜電紡絲法(EF)制備的兩種不同形貌的n-HA／PEEA-U復(fù)合材料與成骨細(xì)胞共培養(yǎng)，通過掃描電鏡，H&E染色及免疫熒光等手段觀察細(xì)胞在復(fù)合材料上的生長情況。結(jié)果表明，成骨細(xì)胞均

9、能在材料表面粘附，生長，但形貌有異。在相對平整的CF材料上，細(xì)胞鋪展良好，呈現(xiàn)二維生長方式；在相對粗糙的EF材料上，細(xì)胞形貌更立體，呈現(xiàn)三維生長方式。用MTT法檢測細(xì)胞在材料上的生長，增殖狀況，結(jié)果表明，CF材料更利于細(xì)胞的粘附與增殖。通過ALP測定細(xì)胞的分化功能狀況發(fā)現(xiàn)，雖然EF材料上細(xì)胞增殖率略低于CF材料，但其細(xì)胞功能表達(dá)更活躍，表明EF仿生材料有利于細(xì)胞的成骨功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，細(xì)胞與生物材料間的反應(yīng)和材料表面性能有密切關(guān)系，其