軟骨修復(fù)用水凝膠的制備和性能研究.pdf

1、在軟骨修復(fù)中，支架為細(xì)胞和組織生長(zhǎng)提供適宜的環(huán)境。水凝膠的結(jié)構(gòu)和天然軟骨的細(xì)胞外基質(zhì)相似，并可通過微創(chuàng)注射等方法來實(shí)現(xiàn)組織修復(fù)，因此是用于軟骨修復(fù)和再生的一類非常重要的材料。我們利用光引發(fā)聚合的方法制備了可注射型水凝膠并在水凝膠中引入微載體、生物大分子、生長(zhǎng)因子等，研究了水凝膠的結(jié)構(gòu)與性能。針對(duì)軟骨組織的特點(diǎn)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了仿生化的水凝膠。這些工作對(duì)軟骨的修復(fù)與再生用水凝膠支架的設(shè)計(jì)和制備有重要意義。 在本課題組以前的工作基礎(chǔ)上，

2、水溶性可交聯(lián)聚合的殼聚糖（CML）通過在殼聚糖上依次接枝甲基丙烯酸（MA）和乳酸（LA）制得。光引發(fā)劑（Irgacure2959）在特定波長(zhǎng)（365nm）的紫外光作用下引發(fā)CML在水溶液中聚合，制備了可注射型殼聚糖水凝膠。水凝膠的凝膠時(shí)間從分鐘到幾十分鐘，且當(dāng)引發(fā)劑濃度低于0.05%時(shí)，對(duì)凝膠時(shí)間影響較大，因此用0.05%引發(fā)劑來制備水凝膠。干態(tài)的水凝膠吸收水分后可以溶脹到原重量幾十到一百多倍。當(dāng)交聯(lián)密度較高、pH較高、溶液中有二價(jià)陰離

3、子時(shí)，水凝膠的平衡溶脹比較低。水凝膠的粘彈性測(cè)試表明水凝膠的儲(chǔ)能模量在0.8—7kPa，損耗模量在10—100Pa。交聯(lián)密度較高的水凝膠，儲(chǔ)能模量和損耗模量也相對(duì)較高，在含溶菌酶的PBS中降解相對(duì)較慢。體外軟骨細(xì)胞的培養(yǎng)表明由Irgacure2959引發(fā)形成的水凝膠的細(xì)胞毒性小于由過硫酸銨/四甲基乙二胺（APS/TEMED）引發(fā)形成的水凝膠的細(xì)胞毒性。 為了促進(jìn)水凝膠中軟骨細(xì)胞的生長(zhǎng)，將明膠引入CML水凝膠中，用光聚合的方法制備

4、了含明膠的CML水凝膠。以明膠分子為模板研究了生物大分子在CML水凝膠中的釋放行為。隨著明膠的交聯(lián)程度增大、含量增加，水溶液的pH增大，從CML水凝膠中釋放出的明膠相對(duì)含量減少。在20℃下從CML水凝膠中釋放出的明膠相對(duì)含量比37℃下少。另外，溶液中的離子和氨基酸等也會(huì)影響明膠的釋放。明膠的包埋也會(huì)影響CML水凝膠的結(jié)構(gòu)與性能。如隨著明膠含量的增大，水凝膠的網(wǎng)孔尺寸變小，平衡溶脹比降低，對(duì)水凝膠的粘彈性和水凝膠的降解性能也有一定的影響。

5、體外軟骨細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)CML水凝膠中的明膠一定程度上可以促進(jìn)軟骨細(xì)胞的生長(zhǎng)和細(xì)胞外基質(zhì)的分泌；隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，軟骨細(xì)胞在CML水凝膠中逐漸向下遷移。 通過MA的接枝成功地合成了可共價(jià)交聯(lián)的明膠（GM），并通過光引發(fā)聚合的方法制備了可注射型明膠水凝膠。明膠接枝MA后分子量分布變寬，zeta電位升高。光照20min后，固體核磁的結(jié)果顯示GM化學(xué)凝膠中不存在未反應(yīng)的雙鍵。通過差示掃描量熱儀（DSC）表征了明膠接枝前后的物理溶膠—凝膠

6、轉(zhuǎn)變點(diǎn)，MA的接枝、聚合物濃度等會(huì)影響其熔融溫度和熔融焓。圓二色譜（CD）證實(shí)了明膠中存在三螺旋結(jié)構(gòu)，改性后三螺旋結(jié)構(gòu)的含量減少。隨著聚合物濃度增加，水凝膠的凝膠時(shí)間縮短、平衡溶脹比降低、儲(chǔ)能模量和損耗模量增加、平均網(wǎng)孔尺寸減小。我們還將TGF—β1包埋在明膠水凝膠中，研究了軟骨細(xì)胞在水凝膠中的生長(zhǎng)。體外軟骨細(xì)胞的培養(yǎng)表明GM水凝膠可以支持軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)和保持軟骨細(xì)胞的表型：TGF—β1能促進(jìn)軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)并保持軟骨細(xì)胞的表型。 結(jié)

7、合可注射型水凝膠支架和可注射型微載體支架兩者的優(yōu)點(diǎn)，我們將GM固定在聚乳酸/乙醇酸（PLGA）粒子表面。然后把改性后的粒子分散在CML的溶液中，在Irgacure2959的引發(fā)下，PLGA粒子表面的雙鍵和CML的雙鍵一起聚合，形成復(fù)合的可注射型水凝膠支架。這種復(fù)合型水凝膠支架具有更好的力學(xué)性能和生物活性，有著更廣泛的應(yīng)用前景。 最后，針對(duì)軟骨組織的特點(diǎn)，利用點(diǎn)擊化學(xué)制備了透明質(zhì)酸/明膠/硫酸軟骨素的仿生水凝膠。首先合成了含有疊氮

8、基團(tuán)的透明質(zhì)酸（HA—AA）、硫酸軟骨素（CS—AA）和含有炔基的明膠（G—PA）。在Cu（Ⅰ）催化下，疊氮基團(tuán)和炔基反應(yīng)使含HA—AA、CS—AA、G—PA的水溶液凝膠化。水溶液的凝膠時(shí)間隨氯化亞銅的濃度的增加而縮短，直到1mg/mL。水凝膠在PBS中的溶脹比為18.8±2.4，比單純的明膠水凝膠的平衡溶脹比大。動(dòng)態(tài)粘彈性的結(jié)果顯示了水凝膠為彈性體。水凝膠在PBS中4周的失重為50%左右。兩周內(nèi)大約有20%的明膠和10%的CS從水凝膠