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家蚕丝素多孔材料生物降解行为的研究

张琴  
【摘要】: 丝素蛋白具有良好的生物相容性,可制成具有一定力学性能的三维多孔材料,这些优点使得丝素蛋白材料作为组织再生支架拥有更广阔的前景。无论是在体外还是体内完成组织的再生,材料还需具备的一个重要条件是:降解速率与组织的再生速率相匹配。但是迄今为止,国内外对丝素蛋白材料生物降解速率的影响因素及调控方法尚缺少研究。本文在体外模拟体内环境的条件下,用胶原蛋白酶IA催化水解丝素蛋白多孔材料,着重研究丝素蛋白材料的二级结构(尤其是β-折叠结构所占比例)及孔结构与降解速率之间的关系,并借助扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、红外吸收光谱(FTIR)等手段对降解前后丝素蛋白的微观形貌、多孔结构及二级结构进行研究,以此希望能够找出丝素蛋白材料的二级结构及孔结构对生物降解速率的影响规律。本文还探索了丝素蛋白多孔材料植入动物真皮缺损部位后的降解情况。 采用冷冻干燥法制备家蚕丝素蛋白多孔材料。通过调节冷冻温度和采用不同的后处理方法,制得了不同二级结构的家蚕丝素多孔材料。用X-射线衍射(XRD)和红外吸收光谱(FTIR)进行定性和定量分析,得到各组材料中不同类型的二级结构所占比例。将不同二级结构的家蚕丝素多孔材料放入胶原酶IA的缓冲溶液(pH 7.4,37℃)进行体外降解实验,结果表明,随着β-折叠结构含量的增多,材料的降解速率减慢。在酶降解过程中,丝素蛋白中规整性较差的非结晶区域首先被破坏而溶解,从而导致降解残留物的凝聚态结构规整性有了一定程度的提高,结晶度有所提高。 通过调节不同丝素溶液浓度和冷冻温度,制得了不同孔结构的家蚕丝素多孔材料。用电镜(SEM)和排液法测得各组材料的孔结构参数。将不同孔结构的家蚕丝素多孔材料放入胶原酶IA的缓冲溶液(pH 7.4,37℃)进行体外降解实验,结果表明,随着孔径和孔隙率的增大,材料的比表面积增大,酶分子可接触的面积增大,材料的降解速率加快;随着材料密度的增大,孔壁增厚,酶分子很难进入孔内部进行降解,其降解速率减慢。 丝素蛋白多孔材料植入SD大鼠背部真皮缺损部位的体内实验结果表明,第55天,新生组织形态接近正常真皮组织,材料降解了96.37 %。 通过以上研究表明,丝素蛋白材料内部β-折叠结构含量的多少以及不同的孔结构参数能够影响丝素蛋白降解速率。所以,提高丝素蛋白材料内部β-折叠结构的含量可以有效地减缓材料的降解速度;通过减小材料的孔径和孔隙率或增大材料的密度,从而减小材料的比表面积或增大孔壁厚度,也可以减缓其降解速率。这些方法为制备可调控生物降解速率的丝素蛋白生物材料提供了可行性。


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