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海藻酸基可注射骨修复材料的研究

谭荣伟  
【摘要】:由于可注射材料具备可塑性强,能填充各种不规则缺损;创伤小,能减轻病人的痛苦等优点,使之成为了生物材料的研究热点之一。尤其是可注射水凝胶具备类细胞外基质的的仿生特征,凝胶化条件温和、非常适用于移植细胞或生长因子的缓释等独特优势。因此,本研究以海藻酸凝胶为载体,结合纳米羟基磷灰石/胶原(简称nHAC)仿生制备出了一种凝胶态的可注射骨修复复合材料(简称IBRC)。并系统性研究了IBRC的理化性能及凝胶化机理、体内外降解规律及机制、生物相容性以及成骨能力、缓释骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2)的可行性及其诱导成骨的效果。最后并研究了可注射温敏性海藻酸凝胶的制备、性能以及细胞相容性。 XRD和FTIR的结果证明海藻酸和nHAC在IBRC制备及其凝胶化的过程中能维持其结构特征。流变学和可注射性检测证明IBRC的可注射性可通过成分进行调控。IBRC的压缩模量和剪切模量分别在17.0~56.0kPa和24.7~55.0kPa范围内。IBRC的均一性由磷酸钙与硫酸钙的摩尔比值(MR)决定。体外降解试验证明了IBRC降解性能可控、且在不同的降解介质中有不同的降解速率。体内降解实验证明IBRC植入24周后基本降解并被结缔组织所替代。IBRC植入大鼠后没有观察到急性炎症反应的发生和纤维囊的形成。体外细胞实验表明细胞在MR为0.260的IBRC表面的粘附、生长和分布的状态最佳,证明了材料的均一性能影响细胞的粘附和生长。IBRC修复大鼠5mm颅骨缺损模型的实验证明,IBRC能促进大鼠颅骨缺损的修复再生,具备优良的成骨性能。 采用IBRC作为载体缓释rhBMP-2,并进行了体内外的实验研究。体外实验证明了IBRC作为rhBMP-2缓释载体具备良好的释放速率,其rhBMP-2在释放周期内能保持良好的生物活性。通过大鼠临界尺寸的颅骨缺损模型(8mm)以及Micro-CT和组织学评价证明IBRC/rhBMP-2在体内具备较好的诱导成骨能力,通过IBRC缓释rhBMP-2可进一步提高了IBRC成骨活性。 将聚N-异丙基丙烯酰胺接枝到氨基化海藻酸骨架上形成一种刷状共聚物,成功制备了一种新型的温敏性可注射水凝胶,并对各种性质进行了系统表征。细胞试验证明该凝胶是良好的可注射型细胞载体,其凝胶形成过程有利于细胞的载入,凝胶不仅能够维持细胞良好的生物活性,还能促进细胞的增殖。


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