聚（γ-芐基-L-谷氨酸）改性納米羥基磷灰石-聚乳酸骨組織工程支架制備及生物性能研究.pdf

1、人骨是一種結(jié)締組織，主要是由生物磷灰石和骨膠原纖維構(gòu)成。其中羥基磷灰石（HA）是人體硬組織，如骨骼和牙齒的主要無(wú)機(jī)成分，它為硬組織提供很好的剛性；骨膠原纖維是一種天然高分子，它賦予骨良好的柔韌性和優(yōu)異的生物活性。從材料學(xué)角度而言，大自然把有機(jī)物與無(wú)機(jī)物互相巧妙而緊密地結(jié)合起來(lái)形成骨，滿足了骨的生物學(xué)和力學(xué)要求。多年來(lái)，人們一直試圖通過(guò)將無(wú)機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料復(fù)合，制備多級(jí)結(jié)構(gòu)納米材料來(lái)模仿天然骨。
　　人工合成的HA成分和

2、結(jié)構(gòu)與骨相似，具有優(yōu)良的生物相容性和骨傳導(dǎo)，廣泛應(yīng)用于骨科。左旋聚乳酸（PLLA）作為一種性能優(yōu)異的可降解高分子材料，已被美國(guó)食品藥品管理局（FDA）許可應(yīng)用于臨床，在藥物控釋和組織修復(fù)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。將納米 HA（n-HA）與可降解的 PLLA復(fù)合可以將 HA的成骨性能與 PLLA的生物相容性結(jié)合，獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料。但還存在諸如HA納米顆粒分散性不好，HA與PLLA界面相容性差，易相分離，植入體內(nèi)后骨結(jié)合能力不理想等問(wèn)題

3、，已經(jīng)成為制約其最終應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵因素。n-HA/PLLA復(fù)合材料的制備方法還有很大的研究空間，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠的統(tǒng)計(jì)分析，有助于研制具有更好的力學(xué)性能、生物相容性和成骨性的復(fù)合材料。
　　本文從HA納米粒子表面改性出發(fā)，設(shè)計(jì)并制備了改性n-HA/PLLA組織工程支架，并通過(guò)體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)對(duì)材料的性能進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下：
　　采用表面接枝聚（γ-芐基-L-谷氨酸）（PBLG）的改性n-HA（PBLG-g-HA）與

4、PLLA復(fù)合，獲得新型HA-g-PBLG/PLLA納米復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)HA表面化學(xué)改性，有效改善了n-HA在氯仿溶液中的均勻分散性，實(shí)現(xiàn)了HA表面從親水性到疏水性的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而可以增強(qiáng) HA與 PLLA基體的相互作用。采用相分離技術(shù)制備了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的組織工程支架，其孔隙率在85％以上，孔徑在30~200μm，具有大孔小孔共存的多級(jí)結(jié)構(gòu)。通過(guò)觀察骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）形態(tài)及其細(xì)胞增殖狀況，對(duì)成骨細(xì)胞在支架表面的粘附、生長(zhǎng)和增殖

5、的情況進(jìn)行探究；通過(guò)實(shí)時(shí)定量熒光PCR（RT-PCR）實(shí)驗(yàn)技術(shù)檢測(cè)成骨相關(guān)基因的表達(dá)；通過(guò)對(duì)鼠顱骨和股骨缺損進(jìn)行體內(nèi)修復(fù)實(shí)驗(yàn)，考察材料的骨修復(fù)效果及其臨床應(yīng)用潛能。
　　研究結(jié)果表明，PBLG-g-HA/PLLA復(fù)合材料由于加入了 n-HA，其細(xì)胞粘附、生長(zhǎng)、增殖和以及I型膠原（COL-I）等成骨相關(guān)基因的表達(dá)明顯上調(diào)；三維支架材料的生物學(xué)性能和動(dòng)物骨骼修復(fù)效果明顯優(yōu)于 HA/PLLA復(fù)合材料和 PLLA高分子材料；體外實(shí)驗(yàn)顯示當(dāng)

6、 PBLG-g-HA在復(fù)合材料中比重為10%時(shí)，體外誘導(dǎo)BMSCs成骨向分化的能力最強(qiáng)；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)μ-CT、H&E染色和 I型膠原蛋白（Col-I）免疫組化結(jié)果顯示，PBLG-g-HA/PLLA組織工程支架的骨生成性能明顯增高；利用 TRAP染色評(píng)價(jià)不同支架對(duì)于破骨細(xì)胞數(shù)及染色濃度的影響，觀察到處理組間染色濃度和破骨細(xì)胞數(shù)沒(méi)有顯著差別，而空白對(duì)照組表面的破骨細(xì)胞數(shù)量更多。
　　與文獻(xiàn)相比，在 HA表面改性方面的文獻(xiàn)多數(shù)集中于改善其浸

7、潤(rùn)性，而對(duì)改性 HA的生物性能卻較少關(guān)注。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新在于：材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面在充分考慮到界面物理性能的同時(shí)，又兼顧了材料的生物性能的提高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了物理性能和生物性能的改善；此外，本文所采用的改性方法在室溫即可完成，同時(shí)適用于多種氨基酸單體的聚合及材料表面改性的處理，具有很好的普適性。另外，本文深入研究了PBLG-g-HA/PLLA納米復(fù)合材料的生物相容性、成骨活性，為新材料的制備和臨床應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，同時(shí)證明PBLG-g-HA/