多孔絲素蛋白材料的血管化及其組織再生性能的研究.pdf

1、近幾十年來，生物材料的研究從最初的惰性材料到生物活性材料，進(jìn)而轉(zhuǎn)向開發(fā)可原位誘導(dǎo)組織再生、器官形成的組織誘導(dǎo)性生物材料。絲素蛋白由于其良好的組織相容性、易加工性和可降解性等，作為組織誘導(dǎo)性生物醫(yī)用材料的研究日益受到關(guān)注。 對于機體的絕大多數(shù)組織而言，血管新生是損傷修復(fù)過程中必不可少的環(huán)節(jié)。因此，利用生物材料輔助修復(fù)缺損組織時，必然要求生物材料能夠快速有效地血管化。盡管目前已經(jīng)有很多研究關(guān)注改善生物材料的血管化問題，比如，設(shè)計和加

2、工具有恰當(dāng)孔徑、孔隙率和連通性的多孔材料，向材料中添加血管生長因子、接種細(xì)胞及人造血管等等。但是，生物材料血管化的詳細(xì)過程及其與組織再生之間的相互關(guān)系，生物材料性能與血管化及組織再生的相互關(guān)系，體內(nèi)環(huán)境對生物材料的修飾作用和該作用對血管化的影響以及材料降解性能與組織再生之間的相互關(guān)系等方面，尚無系統(tǒng)的研究。故目前關(guān)于材料血管化方面的研究，在應(yīng)用水平上仍然沒有取得實際意義的成功，生物材料的血管化問題仍然是制約生物材料研究與應(yīng)用的主要因素。

3、 本文以絲素蛋白基醫(yī)用生物材料研發(fā)中的關(guān)鍵問題——材料的血管化及其組織再生性能為目標(biāo)進(jìn)行研究和探討。通過對多孔絲素蛋白材料和聚乙烯醇（PVA）海綿在不同組織中的血管化過程的仔細(xì)觀察以及對生物材料血管化與組織再生之間的關(guān)系的探討，從生物學(xué)和材料科學(xué)的角度分析與討論了生物材料血管化及組織再生的過程與實質(zhì)。 進(jìn)一步，通過結(jié)合體內(nèi)外方法考察了體內(nèi)環(huán)境對植入材料的修飾作用及其對細(xì)胞增殖、傷口愈合的影響。體內(nèi)環(huán)境對生物材料的修飾作用

4、，主要包括蛋白吸附及細(xì)胞外基質(zhì)在材料中的組裝。經(jīng)過體內(nèi)環(huán)境的修飾作用，生物材料即被活化，為細(xì)胞生長提供適宜的微環(huán)境。 本文最后提出一種評價材料降解與組織再生之間的協(xié)調(diào)性的方法，半定量的考察材料的降解性能及其對組織再生的影響，進(jìn)一步揭示材料降解與組織再生之間的關(guān)系。 本研究將形態(tài)結(jié)構(gòu)相似的多孔絲素蛋白材料和聚乙烯醇（PVA）海綿分別植入大鼠背部真皮組織和股部肌肉組織，通過組織學(xué)切片詳細(xì)觀察其血管化過程和組織再生情況。結(jié)果表

5、明，多孔絲素蛋白材料和PVA海綿，無論植入真皮組織還是肌肉組織，其血管化過程具有共同的步驟和特征。這個過程包括4個依次連續(xù)發(fā)生的階段：吸附階段，細(xì)胞外基質(zhì)組裝階段，組織及血管快速增生階段及重塑階段。據(jù)此推測，此模式為多孔生物材料在體內(nèi)血管化所共有。這為開發(fā)多孔醫(yī)用生物材料以促進(jìn)生物材料快速有效的血管化提供了實驗基礎(chǔ)。 通過考察多孔絲素蛋白材料和PVA海綿中的血管化和組織再生之間的關(guān)系，結(jié)果表明，植入早期細(xì)胞外基質(zhì)在生物材料中的組

6、裝及細(xì)胞增殖首先為材料的血管化提供了良好的條件，材料良好的血管化又為新生組織的進(jìn)一步生長提供保證。通過比較，多孔絲素蛋白材料的血管化情況優(yōu)于PVA海綿，其組織再生的速度快于PVA海綿，新生組織的質(zhì)量優(yōu)于PVA海綿。由此可知，生物材料的化學(xué)組成對材料的血管化及其組織再生重要影響。 此外，結(jié)合體內(nèi)外方法，進(jìn)一步考察了體內(nèi)環(huán)境對生物材料的修飾作用及其對細(xì)胞增殖和傷口愈合的影響，考察了材料性能對這種修飾作用的影響。結(jié)果表明，生物材料植入

7、體內(nèi)以后，體內(nèi)環(huán)境會立即對材料進(jìn)行修飾，這種修飾作用對細(xì)胞增殖活性及傷口愈合時間及愈合質(zhì)量有重要影響。多孔絲素蛋白材料和PVA海綿的比較表明，材料的表面化學(xué)組成及表面形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，體內(nèi)環(huán)境的修飾效果也就不同。 最后，通過定義殘余材料面積百分比、降解材料面積百分比和組織再生面積百分比來半定量描述生物材料的降解程度和組織再生情況，通過生物材料降解曲線與組織再生曲線來比較材料降解速率與組織再生速率之間的協(xié)調(diào)性。從而提出了一種判定生物材

8、料降解速率與組織再生速率之間協(xié)調(diào)程度的半定量方法。經(jīng)過初步的實驗驗證，這種方法的評價結(jié)果與形態(tài)學(xué)觀察結(jié)果一致，說明該方法簡便、快速、可行。 總之，本研究通過觀察多孔生物材料血管化過程，進(jìn)一步分析了生物材料血管化與組織再生之間的關(guān)系。通過體內(nèi)外方法對生物材料的體內(nèi)修飾作用及其對細(xì)胞增殖和傷口愈合的作用進(jìn)行了考察，通過比較多孔絲素蛋白材料和PVA海綿不同的修飾結(jié)果，表明生物材料的化學(xué)組成及表面形態(tài)結(jié)構(gòu)對體內(nèi)修飾作用的效果有重要影響。