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《浙江大学》 2003年
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聚乳酸软骨组织工程支架制备、改性及其细胞相容性研究

马祖伟  
【摘要】: 研究了聚-L-乳酸(PLLA)软骨组织工程支架的制备、改性及细胞相容性。首先以PLLA平面膜为研究模型,研究了亲水性单体在PLLA表面的接枝聚合、生物大分子在PLLA平面膜表面的化学接枝和涂层、生长因子在PLLA平面膜表面的引入。以致孔剂法和热致相分离法制备了PLLA多孔支架。最后将PLLA平面膜的表面改性技术应用于PLLA多孔支架的改性,制备了具有良好细胞相容性的软骨组织工程用可降解多孔支架。 采用过氧化氢溶液中紫外光氧化的方法在PLLA膜表面引入了大分子过氧化氢基团。采用碘量法测定了PLLA膜表面大分子过氧化氢基团的浓度,并考察了氧化时间和氧化温度的影响。随氧化时间延长,大分子过氧化氢基团的浓度先升后降。氧化温度升高能够加快氧化过程的进行。 利用光氧化后PLLA膜表面的大分子过氧化氢基团作为自由基接枝聚合的引发剂,采用紫外光引发或Fe~(2+)辅助引发的方式,引发了亲水性单体甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、丙烯酰胺(AAm)或甲基丙烯酸(MAA)在PLLA膜表面的接枝聚合,从而将羟基、酰氨基或羧基引入材料表面。ATR-IR和XPS测试结果证明了接枝聚合的发生。接触角测试结果表明改性后PLLA膜表面的亲水性明显提高。采用ATR-IR、XPS和比色法表征了PLLA膜表面亲水性聚合物的接枝量,结果表明接枝量随单体浓度的提高和接枝时间的延长而增大。采用SEM和SFM考察了改性前后材料表面形貌的变化,结果表明接枝改性使得材料表面的粗糙度增大。与紫外光引发接枝聚合所得到的PLLA改性膜相比,由Fe~(2+)辅助引发接枝聚合所得到的PLLA改性膜表面的亲水性聚合物的分布更为均匀,表面粗糙度较低。 采用软骨细胞培养考察了接枝改性对材料细胞相容性的影响。材料表面亲水性官能团的引入没有明显提高细胞的粘附率和增殖率,但却对细胞的铺展性能有重要影响。通过改变单体浓度和接枝时间,制备了一系列不同接枝量的PLLA-g-PAAm和PLLA-g-PMAA平面膜,并考察了材料表面不同的官能团以及材料表面的亲水性对细胞铺展性能的影响。结果表明细胞只有在适度亲水性的表面才有良好的铺展性能,呈多角状;而在较高疏水性或较高亲水性的表面细胞主要呈球形并团聚成细胞团。官能团的种类以及表面电荷对细胞的铺展性也有重要影响。 为了将生物大分子化学接枝于PLLA膜表面,首先在PLLA膜表面接枝PMAA,将羧基引入PLLA表面,利用水溶性碳化二亚胺EDAC作为缩合剂,与含有氨基的生物大分子反应,可将生物大分子如明胶、胶原和壳聚糖化学接枝在PLLA膜表面。ATR-IR、XPS和茚三酮测试结果均证明了接枝的发生,但也表明 一 生物大分子的接枝量较小(q卜g/cm勺。为了提高材料表面生物大分子的含量, 在化学接枝生物大分子后的PLLA表面进一步涂层生物大分子溶液。采用PBS中 浸洗的方法研究了生物大分子涂层的稳定性,结果表明胶原涂层和壳聚糖涂层具 有良好的稳定性。软骨细胞培养结果表明明胶涂层或胶原涂层可明显提高细胞在 PLLA膜表面的粘附率、增殖率、细胞活性和铺展性能。进一步利用“接枝-涂层” 技术,将含有生长因子BMP或bFGF的胶原溶液涂层在PLLA膜表面,制备了含有 生长因子的活性PLLA材料。软骨细胞培养结果表明BMP可明显提高单个细胞的 MTT活性。bFGF虽然能够大大提高单个细胞的MTT活性,但不利于细胞的增殖。 分别利用腊球滤出法和热致相分离法制备了具有良好孔连通性的PLLA多孔 支架材料。对于腊球滤出法,研究了腊球直径、腊球用量和PLLA溶液浓度对多 孔支架结构的影响。对于热致相分离法,研究了PLLA溶液浓度、溶剂组成、粗 化时间、粗化温度对多孔支架结构的影响。通过控制适当的制备条件,可得到符 合组织工程所要求的孔径在150上50仰,孔隙率大于90%的多孔支架。 利用抽真空然后恢复常压的办法将液体导入多孔支架内部,利用离心的办法 将液体从支架内部去除,上述简单技术解抉了对多孔支架改性时的物质扩散难的 问题,使得将PLLA平面膜的改性技术应用于PLLA多孔支架的改性成为可能。研 究了采用h”辅助引发的方式在PLLA多孔支架内部表面接枝PAin和PMAA,与 空白PLLA多孔支架相比,细胞在改性后的支架内部铺展良好、分布均匀。研究 了明胶和胶原在多孔支架内部的接枝和涂层,利用苟三酮法考察了多孔支架中的 胶原或明胶的含量及其稳定性,结果表明多孔支架中的明胶和胶原涂层具有良好 的稳定性。细胞在涂层明胶或胶原的支架内部有优良的铺展性能。利用“接枝- 涂层”技术将含有BMP或bFGF的胶原涂层在多孔支架内部,制备了含有生长因 子的活性多孔支架,活性支架中的细胞铺展良好,分布均匀,并有较高的MTT 活性。利用激光共聚焦显微镜,研究了软骨细胞在多孔支架中的分布情况,在热 致相分离法所制备的支架中,软骨细胞主要存在于孔的内壁表面,而在腊球法所 制备的多孔支架中,软骨细胞不仅存在于孔壁表面,还大量存在于孔壁内部的微 孔之中。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:R318.08

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【引证文献】
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