聚乳酸-乙醇共聚物(PLGA)仿生細胞外基質(zhì)的制備、表征及其與蛋白界面交互作用的研究.pdf

1、組織工程學是一門新興的交叉學科，它融合了工程學和生命科學的基本原理和方法，目的是在體外構建一個有生物活性的種植體，植入體內(nèi)修復組織缺損，替代器官功能。其基本方法是將種子細胞在體外進行培養(yǎng)擴增，然后把擴增的細胞與外源性細胞外基質(zhì)按一定比例混合，形成細胞-材料復合物。將該復合物植入組織或器官的病損部位，隨著時間的推移，生物材料在體內(nèi)逐漸降解，植入的細胞不斷增殖并且分泌越來越多的細胞外基質(zhì)，形成新的組織或器官，從而達到修復創(chuàng)傷和重建功能的目的

2、。在這個過程中，作為支架的生物材料不僅為細胞的生長和代謝提供了有利的空間，也為植入的細胞分泌細胞外基質(zhì)并形成新組織或器官提供較好的環(huán)境。可見，生物材料支架對組織再生有著舉足輕重的作用。因此要模擬天然細胞外基質(zhì)的結構和功能，必須找到合適的外源性材料，這是組織工程的關鍵。一般可生物降解和生物相容的生物材料制備的三維多孔支架能夠作為外源性細胞外基質(zhì)，促進細胞黏附、生長和增殖，形成新的組織結構并控制細胞表型。
　　 理想的外源性細胞外基

3、質(zhì)即人工細胞外基質(zhì)可以模擬天然組織中細胞外基質(zhì)的結構和功能，也就是生物材料的仿生化，這將成為今后組織工程支架材料研究的熱點之一。本課題就從生物材料的仿生角度出發(fā)，成功地利用可生物降解和生物相容的合成材料聚乳酸/乙醇酸共聚物(PLGA)靜電紡，仿生細胞外基質(zhì)，并且具有良好生物相容性的多壁碳納米管(MWCNTs)的加入極大的提高了支架材料的機械性能。由于生物材料和體內(nèi)蛋白的交互作用，直接影響到細胞的黏附、增殖效應，所以我們還使用和頻振動光譜

4、(SFG)研究了PLGA膜和人血清蛋白(HSA)溶液界面間的交互作用。
　　 首先介紹了靜電紡絲的方法、原理、成絲的影響因素以及靜電紡納米纖維的廣泛應用。之后采用體積比為3∶1的四氫呋喃(THF)和二甲基甲酰胺(DMF)作為紡絲溶劑，制備出了可生物降解和生物相容的PLGA靜電紡納米纖維氈。并且系統(tǒng)地研究了分子量、流速、紡絲電壓和成分對靜電紡PLGA納米纖維的形態(tài)和性能的影響。發(fā)現(xiàn)在一定的靜電紡工藝條件下，紡絲電壓的變化對納米纖維

5、的表面形態(tài)影響不大，而PLGA分子量和流速是影響靜電紡納米纖維形成串珠的重要因素。通過參數(shù)的優(yōu)化，靜電紡PLGA納米纖維氈能夠形成很好的表面形態(tài)。由于其具有大的表面體積比，所以顯示出比流延膜更高的孔隙率。另外，為了提高PLGA納米纖維氈的機械強度，把MWCNTs均勻分散到PLGA溶液中，按照優(yōu)化的工藝參數(shù)，成功地制備出直徑分布相對均勻的靜電紡PLGA/MWCNTs復合纖維氈。經(jīng)過力學性能測試，靜電紡PLGA/MWCNTs復合纖維氈顯示出

6、比純的PLGA纖維氈更優(yōu)越的機械性能。所以，靜電紡PLGA和PLGA/MWCNTs復合納米纖維氈可以作為開發(fā)組織工程支架的新材料，這為后面的工作提供了很大幫助。
　　 由于PLGA/MWCNTs靜電紡納米纖維氈具有優(yōu)良的機械性能，所以對其做了生物相容性研究。使用兩種方法制備，分別得到多孔PLGA和PLGA/MWCNTs靜電紡納米纖維氈，孔徑為2μm和7μm的大孔PLGA和PLGA/MWCNTs流延膜。通過SEM圖像和MTT實驗,

7、發(fā)現(xiàn)在這兩種不同類型的支架上種植細胞，活力研究顯示細胞在所有支架上的黏附和增殖都要優(yōu)于玻片，而且含有MWCNTs的PLGA復合支架比其相應的純PLGA支架更加趨于提高成纖維細胞的黏附、鋪展和增殖。隨著培養(yǎng)時間的延長，靜電紡PLGA/MWCNTs納米纖維氈比與其相似組成的大孔膜呈現(xiàn)出較好的細胞增殖和生長。由此可見，MWCNTs具有良好的生物降解和生物相容性，而且提高了納米纖維氈的孔隙率，這使它們成為組織工程支架的最佳選擇。
　　

8、當生物醫(yī)學材料作為植入體植入后，最先發(fā)生在生物材料與血液界面的行為便是蛋白吸附。接下來是生物材料與生物體的交互作用，包括細胞黏附，血凝等都要受初始蛋白吸附的性質(zhì)所影響和控制。由于細胞對材料的響應是在蛋白吸附之后，蛋白吸附層將介入細胞與材料的作用。因此，評價一種植入生物材料是否被接受還是拒絕(是否生物相容)很大程度上取決于蛋白吸附。所以，研究PLGA膜和HSA生物大分子固、液界面的交互作用在指導生物材料設計方面具有重要的意義。本課題借助一

9、種表面敏感技術—和頻振動光譜(SFG)先是比較了PLGA多層薄膜和旋轉(zhuǎn)鍍膜在空氣界面的信號區(qū)別，然后在表面分別做蛋白吸附，原子力顯微鏡(AFM)顯示蛋白吸附后均勻排列，且PLGA膜的表面親水性增強。此外，選定合適的pH值和濃度，也第一次比較了固、液界面，HSA大分子在生物材料PLGA膜上的物理吸附和化學鍵合的不同，通過擬合和計算，成功得到了HSA大分子在PLGA表面的取向角范圍，即旋轉(zhuǎn)角和傾斜角。這為今后準確計算出HSA大分子的取向角奠