聚己內(nèi)酯基骨組織工程支架的制備和性能.pdf

1、近年來，由于創(chuàng)傷、外科切除術(shù)后或先天畸形造成的骨缺損的重建仍然是骨科和頜面外科臨床實踐所面臨的重大問題。骨組織包含占干重65-70％的無機成分，主要是羥基磷灰石，占干重30-35%的有機基質(zhì)，主要是膠原，包含骨組織有機成分和無機成分以及具有骨組織再生能力的骨膜結(jié)構(gòu)的生物活性支架可作為自體移植的替代品。
　　聚己內(nèi)酯（PCL）由于具有良好的生物相容性和加工性能廣泛用于組織工程中，但由于其高疏水性和體內(nèi)的低降解性使它不適合在體內(nèi)長期應(yīng)

2、用。但聚己內(nèi)酯具有良好的力學(xué)強度。PLGA構(gòu)成骨架的優(yōu)點是比表面積大，有利于細胞黏附和養(yǎng)分?jǐn)U散，對細胞存活和生長有利。納米羥基磷灰石（nHA）的結(jié)構(gòu)非常接近天然骨中的無機組成成分，易于形成骨性結(jié)合并能有效促進成骨細胞粘附、增殖及分泌基質(zhì)。純化的納米羥基磷灰石的直徑為20-40 nm，包含官能團OH，能在一定程度上中和PLGA在降解過程中產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物，降低周圍組織的炎性反應(yīng)。殼聚糖（CS）是天然的聚陽離子多糖，可促進多種細胞的黏附與表達

3、。聚酰胺（PA）是一類性能優(yōu)良的醫(yī)用高分子材料，在結(jié)構(gòu)上與人體膠原蛋白分子十分相似。
　　骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）是一種成體干細胞，具有免疫原性低、獲取容易、較少的倫理問題和較低的腫瘤發(fā)生的風(fēng)險，常被作為骨組織工程理想的種子細胞。
　　本論文旨在以聚己內(nèi)酯作為基體，采用熔融共混/粒子瀝濾的工藝路線，與不同高分子聚合物共混，引入納米羥基磷灰石增強聚合物的生物活性，以NaCl和PVP作為共同致孔劑，通過熔融成型與致孔劑瀝濾

4、相結(jié)合的方法制成多孔復(fù)合骨支架材料。分析支架材料的結(jié)構(gòu)，對支架的性能進行了評估，探索了骨髓間充質(zhì)干細胞在支架上的粘附、增殖和分化，以及成骨相關(guān)基因的表達情況。本論文主要從以下幾個方面開展工作：
　　1.支架制備：以聚己內(nèi)酯為基體，分別與不同高分子聚合物PLGA、殼聚糖、聚酰胺共混，加入納米羥基磷灰石，制備了新型功能性的多孔骨組織支架材料。
　　2.支架的表征：掃描電鏡（SEM）顯示聚合物纖維很好融入到PCL基體中，聯(lián)通了分散

5、的單孔，保持了必要的空間互聯(lián)孔隙網(wǎng)絡(luò)。支架的孔隙率為64.47±0.05%到75.74±1.21%；支架的平均孔徑為154.36±1.32μm到179.07±0.75μm。利于細胞的黏附、遷移和物質(zhì)傳輸。傅里葉紅外光譜（FTIR）、X線衍射（XRD）、熱重分析（TGA）證實了孔隙表面的納米結(jié)構(gòu)是由羥基磷灰石組成。PCL與高分子聚合物共混后具有較強的改善支架力學(xué)性能的作用。支架的拉伸強度為127±2 MPa到147±5 MPa，壓縮強度為

6、39±2 MPa到47±2 MPa，24周降解率為32.31±1.93%到37.52±1.69%。支架3-6個月逐漸降解，既能維持骨修復(fù)中的支架形態(tài)，又能當(dāng)復(fù)合材料植入機體病損部位后，生物支架被降解吸收，但種子細胞繼續(xù)增殖，形成新的骨組織。
　　3.體外評價BMSCs在支架材料上的成骨分化潛能：BMSCs在支架材料上培養(yǎng)7-21天。14天后，PCL復(fù)合支架材料上的單個細胞已難以看見，并且已經(jīng)長入孔中，細胞層和細胞外基質(zhì)層繼續(xù)增厚將

7、支架基本完全覆蓋，而且細胞基質(zhì)層表面顯得很光滑。細胞增殖實驗結(jié)果顯示隨著培養(yǎng)時間的延長，PCL聚合物共混體系形成的互通納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使細胞獲得了更多的營養(yǎng)，促進了BMSCs細胞的增殖。堿性磷酸酶作為早期成骨標(biāo)記之一，用于評價支架材料的骨誘導(dǎo)潛力，進一步檢測其活性，用于評價BMSCs細胞向成骨細胞分化的潛能。對于PCL復(fù)合支架，培養(yǎng)到14天，ALP均呈現(xiàn)出高活性，第7天活性達到最高值；從第14天到第21天， ALP活性持續(xù)降低，表明支架上的

8、成骨細胞標(biāo)志物減少，BMSCs細胞在支架上繼續(xù)分化并逐漸成熟。茜素紅染色表明有大量鈣沉積和礦物形成。實時定量PCR（RT-PCR）檢測骨相關(guān)基因Runx2、OPN、OCN、BMP-2、collagen I、integrin a1、integrin b1和 SLP的表達顯著增高，表明該支架可促進BMSCs向成骨細胞分化、增殖和成熟。
　　4.體內(nèi)評價復(fù)合支架材料的成骨生物活性：體內(nèi)實驗中，復(fù)合支架被植入兔顱骨缺損模型。微米X線三維成

9、像、HE染色和免疫組化結(jié)果顯示，支架材料是可降解的，同時具有良好的生物相容性以及誘導(dǎo)骨再生的能力。
　　用熔融共混/粒子瀝濾工藝制備了具有一定機械強度和可控降解速率的多孔復(fù)合以PCL為基體，與高分子聚合物和納米羥基磷灰石復(fù)合的骨支架材料，有接近天然骨基質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)特征，支持細胞的粘附、傳播、促進細胞活力和增殖。避免了傳統(tǒng)合成過程中有機溶劑對機體的影響，具有良好的生物相容性。支架材料的骨誘導(dǎo)活性體外實驗使用人骨髓間充質(zhì)干細胞，評估