壳聚糖、明胶表面修饰及其复合支架构建
【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。
【关键词】：壳聚糖 明胶 表面修饰 支架 【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：R318.08
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-10
- 引言10-11
- 1 文献综述11-22
- 1.1 组织工程11-12
- 1.1.1 种子细胞的研究11
- 1.1.2 组织工程支架的研究11-12
- 1.1.3 工程化组织12
- 1.2 组织工程支架材料的种类12-14
- 1.2.1 可降解的合成高分子材料12-13
- 1.2.2 陶瓷类材料13
- 1.2.3 天然高分子材料13
- 1.2.4 复合材料13-14
- 1.2.5 生物衍生材料14
- 1.3 多孔支架材料的制备方法14-16
- 1.3.1 溶剂浇铸/粒子滤出法15
- 1.3.2 相分离法/冷冻干燥法15
- 1.3.3 超临界气体法15-16
- 1.3.4 静电纺丝法16
- 1.3.5 纤维粘接法16
- 1.3.6 熔融烧结法16
- 1.4 表面修饰工程16-19
- 1.4.1 低温等离子体技术16-17
- 1.4.2 表面固定法17-18
- 1.4.3 离子注入法18
- 1.4.4 材料表面的化学特性对细胞粘附的影响18-19
- 1.5 生物材料仿生化19-20
- 1.5.1 细胞外基质的结构19
- 1.5.2 生物材料防生化19-20
- 1.6 组织工程生物材料面临的挑战20-22
- 2 骨髓间充质干细胞的获取、培养及鉴定22-31
- 2.1 实验材料与方法22-25
- 2.1.1 实验动物22
- 2.1.2 实验药品及试剂22-23
- 2.1.3 实验所需溶液和试剂的配制23-25
- 2.1.4 实验仪器25
- 2.2 骨髓间充质干细胞的获取、培养以及鉴定25-28
- 2.2.1 骨髓间充质干细胞的获取(原代培养)25-26
- 2.2.2 传代培养26
- 2.2.3 骨髓间充质干细胞的鉴定26-28
- 2.3 实验结果与讨论28-30
- 2.3.1 骨髓间充质干细胞的原代培养28-29
- 2.3.2 骨髓间充质干细胞的分化潜能29-30
- 2.4 小结30-31
- 3 壳聚糖、明胶二维薄片的制备及其表面性质31-38
- 3.1 实验材料与方法31-33
- 3.1.1 实验所需溶液和试剂的配制31-32
- 3.1.2 实验仪器32
- 3.1.3 不同壳聚糖、明胶玻片的制备32
- 3.1.4 壳聚糖、明胶薄层的结构表征32
- 3.1.5 壳聚糖、明胶薄层细胞生物相容性评价32-33
- 3.2 结果与讨论33-37
- 3.2.1 壳聚糖玻片的形貌特性33-34
- 3.2.2 明胶玻片的形貌特性34-35
- 3.2.3 MSCs在不同浓度壳聚糖、明胶溶液处理的玻片上的生长情况35-36
- 3.2.4 间充质干细胞在壳聚糖、明胶薄层上的粘附行为36-37
- 3.3 小结37-38
- 4 壳聚糖/生物衍生骨及明胶/生物衍生骨的制备及其生物相容性38-43
- 4.1 实验材料与仪器38
- 4.2 实验方法38-39
- 4.2.1 大体观察38
- 4.2.2 生物衍生骨的表面修饰处理38-39
- 4.2.3 拉曼光谱检测39
- 4.2.4 MSCs与生物衍生骨复合培养39
- 4.2.5 细胞粘附以及分布观察39
- 4.2.6 统计学方法39
- 4.3 结果与讨论39-42
- 4.3.1 大体外观39-40
- 4.3.2 拉曼光谱检测40-41
- 4.3.3 细胞粘附及分布41-42
- 4.4 小结42-43
- 5 壳聚糖、明胶三维支架材料制备43-51
- 5.1 实验药品与设备43
- 5.2 实验方法43-46
- 5.2.1 支架制备43-44
- 5.2.2 支架材料的扫面电镜观察44
- 5.2.3 支架材料密度的测定44
- 5.2.4 孔隙率的测定44
- 5.2.5 支架降解率的测定44-45
- 5.2.6 细胞粘附及分布实验45
- 5.2.7 数据统计分析45-46
- 5.3 结果与讨论46-50
- 5.3.1 支架材料结构46-47
- 5.3.2 支架材料性能47-49
- 5.3.3 扫描电镜观察49
- 5.3.4 荧光显微镜观察49-50
- 5.4 小结50-51
- 结论51-52
- 参考文献52-57
- 攻读硕士学位期间发表学术论文情况57-58
- 致谢58-59
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