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壳聚糖、明胶表面修饰及其复合支架构建

文鹏飞  
【摘要】: 组织工程的典型方法是在外源性的细胞外基质(extracellular matrix,ECMs)中种植细胞,构成细胞/材料复合物,经体外培养,形成新组织后植入患者体内,新生组织与体内组织整合构建出新的功能组织。这种外源性的ECMs是由生物相容性良好、可生物降解的生物材料制备的复合材料。设计外源性ECMs的最佳方法是仿生法,即模仿天然组织中ECMs分子的结构与功能,将天然ECMs作为支架使细胞聚集进而构建组织,控制组织结构并调控细胞表型。本论文分析了壳聚糖和明胶的表面形貌特征,并将壳聚糖、明胶修饰在生物衍生骨(Bio-derived bone,BDB)表面,然后利用新西兰兔来源的骨髓间充质干细胞(Bonemarrow mesenchymal stem cells,BMSCs)分别检验了壳聚糖和明胶表面对MSCs的作用。实验表明:壳聚糖主要提供骨架作用,而明胶有利于细胞的粘附。据此,我们制备了以壳聚糖为基质材料、经明胶表面修饰的三维支架材料,并得出以下结果:1壳聚糖、明胶表面的形貌特征及其生物相容性:通过原子力显微镜(atomic forcemicroscopy,AFM)观察分别用2%(w/v)、1%(w/v)、0.5%(w/v)和0.25%(w/v)的壳聚糖或明胶溶液处理的玻片,其表面形貌特征为:壳聚糖在玻片表面主要以锯齿形存在,并随壳聚糖溶液的降低,均方根粗糙度呈减小的趋势,但用0.25%(w/v)的壳聚糖溶液处理的玻片除外;明胶在玻片表面主要以山丘形式存在,随明胶溶液浓度的降低,均方根粗糙度呈减小趋势,并且明胶表面的粗糙度明显大于壳聚糖组。进一步的细胞实验显示,MSCs在明胶表面伸展良好,而在壳聚糖表面,MSCs呈长棒状生长。2壳聚糖、明胶/生物衍生骨的制备:采用冷冻干燥法分别将壳聚糖、明胶修饰在生物衍生支架表面。拉曼光谱分析显示壳聚糖和明胶以物理方式修饰在生物衍生骨表面;细胞统计分析数据表明,经明胶表面修饰的生物衍生骨具有较好的细胞亲和性,其上分布的MSCs数目明显高于对照组和壳聚糖表面修饰的生物衍生骨。3明胶/壳聚糖支架材料的制备及其相容性:采用冷冻干燥法制备了以1%(w/v)和2%(w/v)浓度的壳聚糖溶液为基质材料的多孔支架材料,其孔隙率分别为(86.85~2.42)%和(71.50-~3.29)%,孔径为90~130 lxm。细胞实验显示,经明胶修饰后,复合支架材料具有良好的生物相容性,适于细胞的粘附与增殖,是一种理想的组织工程支架材料。


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