骨修復用形狀記憶聚氨酯的細胞相容性研究.pdf

1、形狀記憶聚氨酯(Shape memory polyurethane，SMPU)是一種能感知外界溫度變化并發(fā)生形狀改變的新型智能材料。因其良好的形狀記憶功能而成為功能材料研究的熱點之一，在生物醫(yī)學領域尤其是微創(chuàng)手術中具有重要的應用價值。本文以丙交酯、對二氧環(huán)己酮、乙二醇、1，6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、丁二胺為主要原料采用兩步法合成了具有不同玻璃化轉變溫度的新型形狀記憶聚氨酯。采用靜態(tài)水接觸角和吸水率測定綜合評價了SMPU的親/疏水

2、性。采用體外細胞培養(yǎng)法，以SD大鼠顱骨成骨細胞為模型細胞，以聚(DL-乳酸)(PDLLA)為對照，將細胞與各SMPU膜復合培養(yǎng)，從細胞形態(tài)、細胞附著與鋪展、細胞增殖與遷移、細胞分化與礦化能力等方面考查SMPU與成骨細胞的細胞相容性；同時，考查了SMPU拉伸-復形形變對細胞行為的影響，從而更綜合地評價了SMPU與成骨細胞的細胞相容性，為動物體內(nèi)實驗和臨床應用提供理論依據(jù)。主要工作和結論如下：
　　 (1)細胞培養(yǎng)及鑒定：采用組織塊

3、法培養(yǎng)了大鼠乳鼠顱骨成骨細胞，并利用差時貼壁法對其進行有效純化。通過形態(tài)觀察、ALP染色鑒定表明具有成骨細胞的典型生物學行為。細胞經(jīng)過傳代培養(yǎng)至第三代用于后續(xù)實驗。
　　 (2)SMPU的合成及親/疏水性測定：以丙交酯、對二氧環(huán)己酮和乙二醇為主要原料先合成大分子二醇(HO-P(LA-PDO)-OH)，并以合成的大分子二醇作為軟段，1，6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和丁二胺作為硬段，通過調(diào)節(jié)軟硬段比例，合成了“NCO/OH”比例

4、分別為1.1、1.15和1.2的三種聚氨酯，即SMPU1、SMPU2和SMPU3。采用靜態(tài)水接觸角和吸水率綜合評價了材料的親/疏水性能。結果表明，隨SMPU中硬段含量的增加，材料的親水性增強；
　　 (3)SMPU膜對成骨細胞生長行為的影響：以SD大鼠顱骨成骨細胞為模型細胞，以PDLLA為對照，將成骨細胞與SMPU膜復合培養(yǎng)，考查了成骨細胞在不同SMPU膜上的形態(tài)、附著、鋪展、增殖、遷移速率和凈位移。結果表明，細胞在SMPU膜上

5、的適應期長于PDLLA膜，其早期的細胞形態(tài)、黏附、鋪展和增殖都略次于PDLLA膜。但隨接種時間延長，細胞在SMPU上的增殖速率明顯加快，且隨硬段含量的增大，細胞的增殖速率和遷移速率也相應加快。
　　 (4)SMPU膜對成骨細胞分化、礦化的影響：采用BCA法、酶動力法、比色法分別測定了細胞與SMPU復合培養(yǎng)第7、10、13d的總蛋白質含量、堿性磷酸酶(ALP)活性和無機鈣含量，RT-PCR法檢測了成骨細胞Ⅰ型膠原mRNA的表達情況

6、。結果表明，細胞接種后10d內(nèi)，SMPU膜上的細胞的總蛋白含量、ALP活性和無機鈣的分泌量等功能指標均低于PDLLA組，但在接種后10-13d，SMPU膜上細胞的各指標增長速率均明顯優(yōu)于PDLLA組，且SMPU3＞SMPU2＞SMPU1。這表明SMPU材料比PDLLA具有更好的促進細胞分化和礦化的能力，但并未縮短細胞的生長分化周期。SMPU3膜上細胞的Ⅰ型膠原表達量高于PDLLA和SMPU2、SMPU1，這進一步說明SMPU3具有優(yōu)良的

7、細胞相容性。
　　 (5)拉伸-復形形變對SMPU的細胞相容性的影響：以玻璃化轉變溫度在體溫附近的SMPU1為研究對象，將SMPU1膜分別在Tg+15℃、Tg-15℃和Tg+15℃下拉伸，固定，復形，考察形狀記憶形變對膜表面結構，繼而對成骨細胞行為的影響。結果表明，SMPU1在形狀記憶形變前后，其表面都存在明顯的規(guī)則的相分離結構；形狀記憶形變后的SMPU1表面形成了微溝槽結構，這種微溝槽結構促進了細胞的黏附與增殖，并使細胞形態(tài)表

8、現(xiàn)出一定的取向性。
　　 綜上所述，盡管SMPU上成骨細胞的早期黏附、鋪展和增殖不及PDLLA，但長期接種后，SMPU具有更好的促進成骨細胞增殖、分化和礦化的能力。且隨SMPU中硬段含量的增大，成骨細胞的增殖、分化和礦化的能力都逐漸增強。拉伸-復形過程可改變SMPU膜的表面形態(tài)，并在SMPU表面形成微溝槽結構。這種微溝槽結構有利于細胞的黏附和增殖，并使細胞表現(xiàn)出一定的取向性。這些結果都提示本研究所制備的形狀記憶聚氨酯具有良好的成