SF-SA-HAp纖維水凝膠研究及其生物相容性.pdf

1、骨作為人體最大的組織器官,承擔(dān)著生命活動(dòng)的重要職責(zé),我國(guó)每年因交通事故、股骨頭壞死等原因?qū)е鹿侨睋p的患者超過(guò)百萬(wàn)人,骨組織修復(fù)一直是再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的難題和研究熱點(diǎn)之一。臨床修復(fù)過(guò)程中迫切需要具有生物相容性和生物降解性的再生骨修復(fù)支架材料?，F(xiàn)有研究表明絲素蛋白(SF)具有良好的生物相容性及再生加工性能。由于人體本身是一典型的膠體系統(tǒng),制備類(lèi)細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)的SF基水凝膠支架用作骨修復(fù)材料成為新的研究方向。本文在研究SF的silkI結(jié)構(gòu)及纖維化

2、水凝膠的制備方式基礎(chǔ)上,引入海藻酸鈉(SA),制備SF/SA纖維水凝膠,研究纖維凝膠的制備條件及理化性能,在此研究基礎(chǔ)上,采用仿生礦化原理,探討纖維凝膠體系對(duì)羥基磷灰石(HAp)晶體生長(zhǎng)形貌的調(diào)控;通過(guò)體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),研究骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在纖維凝膠材料上的生長(zhǎng)情況。
　　本文通過(guò)改變環(huán)境溫濕度等影響因素,調(diào)控SF溶液的干燥速率,成功制備SF的silkI結(jié)晶結(jié)構(gòu),并建立SF溶液形成silkI結(jié)構(gòu)的干燥速率方程。系統(tǒng)地對(duì)silkI結(jié)

3、構(gòu)形成影響因素進(jìn)行分析,溶液濃度和干燥速率均會(huì)影響silkI結(jié)構(gòu)的形成;silkI結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程中伴隨著SF分子通過(guò)氫鍵、親疏水性及靜電作用等形成穩(wěn)定納米纖維網(wǎng)狀形貌。SilkI結(jié)構(gòu)膜的性能研究結(jié)果表明:材料斷面有大量的納米纖維存在,可在相對(duì)較低的溫度條件(5或-20℃)下長(zhǎng)期保持silk結(jié)構(gòu);silk結(jié)構(gòu)膜在干態(tài)下表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能,其斷裂應(yīng)力為38.68±6.21MPa。
　　以酸/鹽為溶解體系溶解SF纖維獲得再生SF溶液,

4、并采用9.3M溴化鋰溶液再溶解,獲得SF水溶液,該溶液中SF為納米線狀形貌,且為無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu);采用該兩步法溶解制備的SF溶液的凝膠過(guò)程為自上而下漸進(jìn)式進(jìn)行的,凝膠形成過(guò)程中SF分子形成纖維網(wǎng)狀形貌的同時(shí)其結(jié)構(gòu)也由無(wú)規(guī)卷曲轉(zhuǎn)變成β-sheet;此外,SF纖維凝膠具有良好的壓縮力學(xué)性能,為類(lèi)細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)水凝膠的制備提供了前提條件。
　　將兩步法獲得的SF溶液與SA溶液共混,制備SF/SA纖維凝膠。研究結(jié)果表明SA添加量增加,會(huì)延遲膠

5、凝時(shí)間;SF/SA纖維凝膠中SF的二級(jí)結(jié)構(gòu)以β-sheet為主,同時(shí),纖維凝膠的力學(xué)性能隨SA含量的增加,其壓縮應(yīng)力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。從化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)仿生的角度出發(fā),以SF/SA纖維凝膠為礦化模板,在纖維凝膠體系中誘導(dǎo)HAp晶體的生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過(guò)改變礦化過(guò)程中的礦化溫度、礦化時(shí)間及溶液 pH值等影響因素,可以調(diào)控獲得形貌相近的棒狀 HAp晶體。同時(shí),運(yùn)用有機(jī)基質(zhì)誘導(dǎo)成核理論中的靜電積累-Ionotropic模型,對(duì)纖維凝膠體系中HA

6、p晶體形貌的調(diào)控進(jìn)行了探討。
　　根據(jù)激光共聚焦顯微鏡、掃描電子顯微鏡及MTT測(cè)試結(jié)果可知,人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(hMSCs)和小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)在SF基纖維凝膠上有良好的粘附和增殖能力。同時(shí),SF/SA纖維凝膠中SA含量的變化對(duì)hMSCs細(xì)胞的粘附和增殖影響不明顯。
　　通過(guò)本文的研究,闡明了SF基纖維水凝膠的制備方法及其形成機(jī)理,并發(fā)現(xiàn)纖維凝膠體系能夠調(diào)控棒狀HAp晶體的生長(zhǎng),為制備骨組織修復(fù)材料提供了一定