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Ⅰ型胶原/聚乳酸/纳米羟基磷灰石共电纺构建三维组织工程支架

臧俊亭  
【摘要】: 骨缺损是骨科常见并发症之一,如何有效的修补骨缺损,同时促进骨再生修复一直是骨科工作中的难题。在一些较大的骨缺损修复过程中,单纯依靠骨组织自身的再生和修复能力难以实现骨缺损的自然愈合,而且自身骨移植的骨块一般较小难以满足要求,因此骨移植材料特别是骨组织工程材料的应用在临床工作中将起到越来越大的作用。目前常用的组织工程材料的制作方法有:发泡法;纤维粘结法;自组装法;热凝胶法;颗粒沥滤法;静电纺丝法等。 其中静电纺丝技术是一种利用高压电场控制聚合物在接收靶上进行沉积制作组织工程材料的一项前沿技术。通常静电纺丝法所用的溶剂都具有较高的挥发性,通过这项技术可以使聚合物溶液以非常高的速度在电场中螺旋运动,在此过程中溶剂迅速的挥发,剩余的聚合物被拉伸成很细的纤维,并最终以微米-纳米级纤维的形式收集在接收靶上。电纺可以使支架材料具有纳米级结构,制作纳米级三维仿生骨组织工程支架,改变支架的理化性质,促进成骨细胞的粘附、增殖和基因表达,从而达到促进骨再生修复的目的。以往静电纺丝法制备的纤维以单组份或双组分多见。本研究中,我们利用静电纺丝技术制作I型胶原/聚乳酸(poly(lactic acid);PLA)/纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite;nHA)三组分混纺支架材料,用于成骨细胞-支架共培养。其中I型胶原取自动物体内,其具有免疫原性低的特点。可以较好的避免免疫排斥;并可以被人体有效利用,形成骨组织。羟基磷灰石(HA)作为天然骨组织的成分之一,能够促进成骨细胞的粘附与钙化。PLA是骨组织工程学中常用的一种聚合物,具有可降解、毒性低的特点,可以在人体内降解、吸收,不会导致毒性反应。 本研究的目的是探讨I型胶原、PLA单独电纺以及I型胶原/PLA/nHA混合电纺的条件及最佳参数,对其形态及表征进行分析,并观察I型胶原/PLA/nHA共电纺三维立体支架材料对成骨细胞48小时内黏附率及成骨细胞增殖率的影响。 实验部分,我们分5章分别论述了(1)单纯I型胶原静电纺丝纤维的制备;(2)单纯PLA静电纺丝纤维的制备;(3)I型胶原/PLA/nHA静电纺丝支架的制备;(4)骨髓间充质干细胞分离、培养及成骨诱导;(5)细胞与支架共培养及生物学特性研究。通过研究发现:(1)单纯I型胶原和单纯PLA溶液可以通过静电纺丝技术制备纳米级纤维。采用静电纺丝技术构建I型胶原/PLA/nHA纳米纤维骨组织工程支架是可行的,同时混纺纤维在形态上明显优于单组分电纺纤维。(2)I型胶原/PLA/nHA纳米纤维成分组成和形态结构非常接近天然骨基质,在一定程度上达到了成分和结构仿生的目的。其中,I型胶原、PLA能够为细胞粘附提供必要的位点,高孔隙率的支架能够促进细胞的迁徙和增殖,HA通过为成骨细胞提供矿化原料达到调节成骨细胞矿化的作用。(3)通过体外实验发现,I型胶原/PLA/nHA纳米纤维能够促进成骨细胞粘附、增殖,因此其可能成为一种潜在的骨组织工程材料。 本研究的创新性在于:(1)解决了I型胶原/聚乳酸/纳米羟基磷灰石共电纺时的相分离问题,成功构建三组份组织工程支架;(2)证实I型胶原/聚乳酸/纳米羟基磷灰石电纺纤维形态优于单组份电纺;(3)解决了以往电纺材料膜厚度增加速度较慢的问题,提高了电纺效率;(4)通过静电纺丝技术基本模拟了天然骨基质微观形态,在一定程度上达到了成分和形态仿生目的;(5)证实该新型材料对成骨细胞粘附、增殖具有促进作用。


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