聚乳酸多孔支架的制備、改性及組織工程化軟骨的構(gòu)建.pdf

1、本文研究了聚-L-乳酸(PLLA)軟骨組織工程支架的制備、改性及生物相容性.利用熱致相分離法和明膠致孔劑法制備了具有三維多孔、高連通性PLLA多孔支架材料.通過層層自組裝技術(shù)、明膠成孔劑原位改性技術(shù)及水凝膠填充技術(shù)對(duì)支架進(jìn)行了改性以提高其生物相容性.將改性后的支架植入裸鼠皮下研究支架對(duì)于軟骨再生的作用. 利用傳統(tǒng)的相分離法制備了孔徑從幾微米到150微米變化的PLLA支架.支架的孔徑和孔隙率均可以通過調(diào)節(jié)粗化條件進(jìn)行控制.通過改進(jìn)

2、的多步相分離法可以制備孔徑大于300微米的大孔支架.多步相分離法和傳統(tǒng)方法區(qū)別在于其方分離的過程存在差異,相區(qū)增長的區(qū)域不同.傳統(tǒng)的相分離法,隨著分相時(shí)間的延長,相區(qū)不斷增長,孔徑增大,但相區(qū)之間變得愈發(fā)孤立.而多步相分離法則是在體系分相一段時(shí)間后,再次降低體系的溫度,使得新的相分離在原聚合物富相再次發(fā)生,隨著新形成的聚合物貧相區(qū)增大,使得原有相對(duì)孤立的聚合物貧相區(qū)再次連通,孔徑和孔連通性也隨著提高.通過電鏡和明膠、膠原等大分子物質(zhì)導(dǎo)入

3、實(shí)驗(yàn)也證明了上述結(jié)果. 利用明膠微球或無規(guī)微粒為致孔劑的方法也制備了高連通性、孔形狀為球形或無規(guī)的PLLA支架.通過乙醇溶液或高溫飽和水蒸氣,可將明膠微球或微粒相互粘接,再加入PLLA溶液,經(jīng)凍干或室溫下干燥去除溶劑, 最后以熱水洗去致孔劑明膠即可得到三維的PLLA支架.支架的微結(jié)構(gòu)、連通性可以通過致孔劑進(jìn)行調(diào)控.壓縮測試表明凍干支架具有比熱干支架更大的機(jī)械強(qiáng)度.隨著聚合物溶液濃度的提高,支架的孔隙率下降,而機(jī)械強(qiáng)度增大.

4、 通過層層自組裝技術(shù)將Ⅰ型膠原和硫酸軟骨素固定到PLLA表面,以提高其生物相容性.通過表面胺解技術(shù)使PLLA表面帶有正電荷,再通過層層自組裝技術(shù)將兩種分子固定到材料表面.通過紫外光譜跟蹤并證明了整個(gè)組裝過程.軟骨細(xì)胞培養(yǎng)證明經(jīng)過層層自組裝改性的支架具有更好細(xì)胞相容性,如有更高的細(xì)胞黏附率,增值率和細(xì)胞活性,以及鋪展的細(xì)胞形態(tài). 利用明膠致孔劑可以對(duì)PLLA支架進(jìn)行表面修飾,該過程是在多孔材料制備過程中一次性完成的.以傳統(tǒng)致孔劑

5、NaCl微粒制備的PLLA多孔支架作為對(duì)照,進(jìn)行體外細(xì)胞培養(yǎng).結(jié)果表明,由于生物大分子明膠的存在,以明膠致孔劑制各的多孔支架具有更好的細(xì)胞相容性.以激光共聚焦顯微鏡和掃描電子顯微鏡可見更多的軟骨細(xì)胞.細(xì)胞呈鋪展?fàn)顟B(tài)且有更高的細(xì)胞活性和更多的糖胺多糖(GAG)分泌. 多孔的聚合物材料及水凝膠均被軟骨組織工程所大量使用,兩種材料均各有優(yōu)缺點(diǎn).為了將這兩種材料的優(yōu)點(diǎn)整合,獲得綜合性能優(yōu)異的軟骨再生材料,本文發(fā)展了水凝膠填充技術(shù)對(duì)PLL

6、A支架進(jìn)行改性.將能夠維持軟骨細(xì)胞正常功能的瓊脂溶膠導(dǎo)入熱致相分離法制備的支架中,考察了導(dǎo)入后支架的各種性能.通過導(dǎo)入水凝膠,支架的力學(xué)性能得到了提高.通過掃描電子顯微鏡及激光共聚焦顯微鏡的觀察發(fā)現(xiàn),體外培養(yǎng)7～14天后,軟骨細(xì)胞在復(fù)合體系中呈天然的球形.并且軟骨細(xì)胞的細(xì)胞活性,膠原和GAG分泌的水平相比未填充瓊脂的材料均有更大的提高.同時(shí)這種材料還有進(jìn)一步改性的潛能,可以根據(jù)需要,添加水溶性的生物大分子材料,例如明膠,可以進(jìn)一步提高復(fù)

7、合物的生物相容性. 最后,對(duì)上述幾種PLLA多孔材料制備及改性的方法進(jìn)行了比較,從中挑選了水凝膠填充支架和明膠致孔劑法制備的支架作為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的材料.在裸鼠皮下埋植了4周后,水凝膠填充支架可以保持原有的外形,組織化學(xué)染色和組織化學(xué)分析表明復(fù)合物有更高的膠原GAG分泌,同時(shí)可以維持軟骨細(xì)胞的正常表型.在明膠致孔劑法制備的支架的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,皮下埋植30天后,有類似于軟骨狀的組織生成,組織化學(xué)染色和組織化學(xué)分析也表明在該支架中有理想的膠