收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

硅纳米活性颗粒/明胶复合支架构建组织工程骨及修复小鼠骨缺损的研究

黎中雪  
【摘要】:研究背景:目前临床上对骨修复材料的需求日益增长,组织工程骨相较于自体骨,具有来源广泛,可避免获取自体骨时对患者造成二次伤害,且尺寸可控等优势;相较于同种异体骨,组织工程骨成骨活性更高,骨修复能力更高。理想的移植材料应具有与自体骨相似的力学特征,并且能促进成骨细胞的分化,在缺损处作为新生骨、血管及软组织生长的临时支架。组织细胞外基质的主要成分为胶原蛋白,具有良好的生物相容性、生物降解性和无毒性,可以被许多细胞类型识别和粘附,已被广泛应用于组织工程支架材料和药物载体的研究中。天然有机高分子-明胶是胶原蛋白的水解形式,而单纯的明胶力学特性差,在体内过快地降解,达不到理想骨移植材料的标准,因此需要添加无机材料组成复合物满足强度需求,同时添加交联剂使其更稳定。硅基生物材料作为一种无机材料,具有较好生物相容性,因此研究很普遍,已被用于骨再生、血管生成、药物递送等相关研究。在研究的生物玻璃中已经证明硅能促进成骨细胞的成骨分化,但是单纯的二氧化硅不具有体外生物活性,浓度过高会抑制细胞的活性,需要添加体外矿化不可缺少的物质——钙。而如何将二者结合,同时结合物影响成骨作用如何还缺乏研究。明胶和硅基生物材料在物理、化学特性方面具有很强的互补性,利用目前的技术将明胶和硅基材料整合成复合材料,作为骨组织工程支架材料将可能具有一定的优势。同时,通过构建材料表面的组成和地质形貌会影响细胞的吸附、增殖和分化。复合材料的多孔结构有利于细胞与胞外离子、营养物质的交换,研究表明,当材料的孔隙率到达60%以上有利于骨再生。在纳米尺度表面粗糙度对成骨细胞有明显影响,具有促成骨作用,抑制成纤维细胞初始黏附。传统复合材料的组成相在微米尺度上相互作用,这可能导致溶解过程中两者不同的吸收速率,导致体内物质的不稳定性。若是组成相在纳米尺度上发生化学作用,形成Ⅱ类杂化材料,就能控制复合材料的降解率和机械性能等参数。研究目的为解决上述问题,本研究中采用非溶胶-凝胶法,将Si O_2与Ca(OH)_2制作成纳米尺寸的生物活性颗粒(Bioactive Particles,BPs),采用Ⅱ类杂化的方式,使明胶与BPs通过共价键的方式形成稳定的连接。有机成分提高材料的生物相容性、增加材料的韧性、也作为无机纳米颗粒的附着物,无机成分提高材料的硬度,促进成骨分化;两种成分之间具有协同效应。通过调整两者的比例,优化材料的机械性能、生物活性以及物理表征,使其利于接种种子细胞而用于构建组织工程骨,发挥促成骨作用实现骨缺损的修复。研究方法1、材料的物理表征:采用溶胶—凝胶法制作纳米尺径的BPs,调整颗粒与明胶的比例,制作4种比例的材料—BPs/gel-0%、BPs/gel-20%、BPs/gel-50%、BPs/gel-100%。扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)检测材料孔径分布、颗粒分布和体外矿化的能力,接触角实验测试材料的亲水性,力学试验机检测材料的机械性能,电感耦合等离子体发射光谱仪(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer ICP-OES)检测材料中钙和硅的释放。2、体外细胞实验:系列浓度梯度的BPs和4种复合材料分别与小鼠MSCs共培养,CCK-8检测BPs和复合材料对MSCs生长、黏附的影响,RT-PCR检测成骨诱导能力,共聚焦观察细胞在材料上的分布情况。3、体内骨缺损实验:将4种复合材料构建的组织工程骨植入骨缺损模型的C57小鼠体内,Micro-CT检测成骨情况,结合细胞实验以及材料的力学特征讨论实验结果。4、材料中BPs的成骨机制初步探究:将细胞接种到材料上,添加不同的通路抑制剂,检测BPS是否通过Wnt/β-catenin、P38MAPK、PI3K影响细胞成骨分化。实验结果:1、材料物理特征的实验结果显示,材料的物理特征同明胶与BPs的比例密切相关。SEM结果显示,材料的孔径随着BPs比列的升高孔径分布得越密集;在力学实验中,BPs能明显的改善材料的机械特性;接触角的实验结果则显示,明胶能增加材料的亲水性。2、BPs和复合材料分别同细胞共培养,利用CCK-8试剂在不同时间点检测BPs和复合材料对细胞的吸附、增殖情况,其结果显示,BPs含量越高,复合材料对细胞的吸附能力越强,但是对细胞的增殖无明显的影响。RT-PCR结果表明,浓度为4μg/ml的BPs能促进MSCs的成骨分化,浓度过高——超过4μg/ml可能会出现抑制分化的情况。3、体内成骨实验出现了与体外细胞实验不同的结果,Micro-CT显示BPs含量最高的一组—BPs/gel-100%支架能促进缺损处形成连续的呈闭合状态的新生皮质骨,并且CTVox数据表明,该组支架在骨缺损处形成的骨组织最丰富,说明BPs/gel-100%体内修复骨缺损能力最优。4、在成骨前期,BPs通过Wnt/β-catenin、P38MAPK和PI3K诱导RUNX2的表达,通过P38MAPK和PI3K诱导MSCs合成分泌ALP,并通过P38MAPK诱导MSCs合成COLⅠ。对于晚期成骨基因的表达,三组添加抑制剂的实验组与BPs组相比,均有抑制效果。基因OCN、OPN、OSX在BPs+LY249002(PI3K抑制剂)的作用下表达量最低;XAV-939(Wnt/β-catenin抑制剂)和SB203580(P38MAPK抑制剂)对OCN与OPN表达的抑制作用虽然显著但两者之间的差异无统计学意义;从抑制程度分析,三种抑制剂对OPN的作用效果明显,说明BPs诱导这该基因的表达主要是通过WNT/β-catenin、P38MAPK和PI3K,而对于OCN和OSX,BPs虽然能通过上述三条通路诱导成骨基因表达,但并不完全,提示可能还存在其他信号通路。结论:采用溶胶——凝胶法制作的纳米级BPs,在≤4μg/ml的浓度范围内能促进成骨分化,与明胶形成的复合材料,可以通过控制两者的比例改善材料的物理特征,体外和体内实验证明这种复合支架能明显促进成骨分化,修复骨损伤部位。机制实验则证明该支架主要是通过PI3K这条通路促进MSCs的成骨分化,其它两种通路作为辅助诱导通路。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前17条
1 李兰英;蒋维成;何勇;刘晓丽;;壳聚糖-明胶液晶复合支架性能[J];化工新型材料;2012年07期
2 张腾飞;王芳;汤克勇;;氨基化改性生物玻璃/明胶/胶原复合支架的研究[J];功能材料;2018年08期
3 陆光远;王干;盛柏杨;韦玉军;公衍道;张秀芳;;羧甲基壳聚糖/纳米胶原复合支架修复兔腓骨损伤[J];中国组织工程研究与临床康复;2008年41期
4 林小敏;关水;葛丹;刘天庆;马学虎;崔占峰;;壳聚糖-明胶-透明质酸-硫酸肝素复合支架的制备及性能评价[J];高校化学工程学报;2012年02期
5 陈富林,毛天球,丁桂聪,陈书军,陶凯,顾呋明;钛网-珊瑚复合支架的组织工程骨研究[J];中国创伤骨科杂志;2000年04期
6 ;明胶文摘[J];明胶科学与技术;2016年02期
7 ;明胶文摘[J];明胶科学与技术;2016年01期
8 徐俊华;俞梦飞;王慧明;翁文剑;;纳米珍珠质/Ⅰ型胶原复合支架结构及活性研究[J];稀有金属材料与工程;2014年S1期
9 田娜;;明胶文摘[J];明胶科学与技术;2006年04期
10 丁素丽,朱以华,杨晓玲;纳米明胶粒子的制备及其表面改性[J];华东理工大学学报;2004年05期
11 葛云玲;郑晔;;明胶文摘[J];明胶科学与技术;2016年03期
12 ;《明胶科学与技术》2014年第34卷总目录[J];明胶科学与技术;2014年04期
13 吴佳南;孙娜;林松毅;吴汶飞;;鳕鱼皮明胶肽硒复合物的制备及结构表征[J];食品科学;2021年04期
14 刘颖;高叶玲;张振清;温彩霞;高俊;;明胶胶凝对明胶化学交联反应的研究[J];塑料科技;2020年02期
15 赵慧竹;林俊杰;李卓恒;陈兴朋;李承恒;杨文鸽;黄涛;张秋婷;;动态高压微射流协同谷氨酰胺转氨酶复合修饰对鱼明胶凝胶特性和结构的影响[J];核农学报;2020年09期
16 谢观凤;李培源;;明胶的制备及其应用研究[J];山东化工;2019年19期
17 邝雪英;丘文慧;;明胶颗粒法和荧光PCR在儿童呼吸道肺炎支原体感染诊断中的应用[J];中外女性健康研究;2018年08期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 许红;胡斌;;明胶硬胶囊的交联反应和溶出[A];2003年药物分析论坛药物溶出度学术研讨会论文集[C];2003年
2 黄晶晶;张晓彤;石有斐;成子强;李臣贵;;氟苯尼考明胶纳米缓释药物制备及体外初步评价[A];中国畜牧兽医学会兽医药理毒理学分会第十五次学术讨论会论文集[C];2019年
3 龙剑虹;谭骛远;姜任武;;明胶/聚己内脂电纺复合纳米支架促进创面愈合的实验研究[A];美丽人生 和谐世界——中华医学会第七次全国医学美学与美容学术年会、中华医学会医学美学与美容学分会20周年庆典暨第三届两岸四地美容医学学术论坛论文汇编[C];2010年
4 黄明辉;邱国福;胡先明;;改性明胶的应用[A];湖北省药学会第十一届会员代表大会暨2007年学术年会论文汇编[C];2007年
5 尚美君;徐畅;贾慧;潘锦锋;;大鲵鱼皮明胶制备与性质表征[A];中国食品科学技术学会第十五届年会论文摘要集[C];2018年
6 陈良建;易曼菲;唐锐旻;邵春生;张博;石蕾;马维娜;;板层状多孔BCP/PCL复合支架对骨再生影响的体内研究[A];2020年中华口腔医学会口腔材料专业委员会第十五次全国口腔材料学术年会论文汇编[C];2020年
7 李西宇;李伟;;3D打印多功能复合支架的促成骨及体内示踪研究[A];2020年中华口腔医学会口腔材料专业委员会第十五次全国口腔材料学术年会论文汇编[C];2020年
8 薛智钧;王明辉;张茜玉;索来;申静;;3D打印氧化石墨烯/壳聚糖/透明质酸复合支架修复颌骨缺损的研究[A];2020年中华口腔医学会老年口腔医学专业委员会第十五次全国老年口腔医学学术年会论文集[C];2020年
9 田彬;;EPL/PCL/HA复合支架修复骨质疏松兔颅骨缺损的研究[A];2020中华口腔医学会口腔修复学专业委员会第十四次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2020年
10 南晓茹;王璐;夏一菁;侯佳欣;赵彬;;丝素蛋白/纳米羟基磷灰石/透明质酸复合支架的制备及性能研究[A];2020中华口腔医学会口腔修复学专业委员会第十四次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2020年
11 田银平;刘敏义;刘瑶瑶;史长征;王亚玉;刘彤;黄怡;钟佩华;戴箭;刘湘宁;;基于人牙周膜干细胞打印技术的3D生物复合支架性能研究[A];2020中华口腔医学会口腔修复学专业委员会第十四次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2020年
12 徐红珍;钟群;苏俭生;;新型PCL/nHA/β-TCP复合支架的制备、表征及生物相容性研究[A];2020中华口腔医学会口腔修复学专业委员会第十四次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2020年
13 杨艳兰;徐普;张文柏;陈灼庚;;NPP/C-HA/rhBMP-2复合支架修复兔股骨缺损的实验研究[A];2020中华口腔医学会口腔修复学专业委员会第十四次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2020年
14 赵笑;王思仪;夏丹丹;刘云松;周永胜;孙玉春;;个性化Mg-Ca/PCL复合支架的3D打印及其促成骨性能的研究[A];2020中华口腔医学会口腔修复学专业委员会第十四次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2020年
15 陈良建;易曼菲;唐锐旻;邵春生;张博;石蕾;马维娜;;板层状多孔BCP/PCL复合支架对骨再生影响的体内研究[A];2020中华口腔医学会口腔修复学专业委员会第十四次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2020年
16 刘佳怡;汪振华;王媛;王卓;;3D打印不同配比PLA-nHA复合支架膜在牙周病犬GTR中的实验研究[A];2020中华口腔医学会口腔修复学专业委员会第十四次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2020年
17 易洪城;;骨髓间充质干细胞复合海螵蛸生物支架的研制与鉴定及其生物学安全性评估[A];贵州省中西医结合学会第二届骨伤分会第三次学术交流大会论文汇编[C];2014年
18 董兰兰;李祥;;PCL/水凝胶复合支架打印工艺研究[A];第18届全国特种加工学术会议论文集(摘要)[C];2019年
19 孙嵩;孙勇;;单根牙根尖切除术同期行A-PRF/i-PRF/Bio-oss复合支架材料短期内成骨效果的临床观察[A];中华口腔医学会全科口腔医学专业委员会第八次学术会议论文集[C];2017年
20 王雪力;候理;谭竞;汤克勤;夏和生;刘霆;;生物相容性聚氨酯/碳纳米管复合支架材料的研究[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 蓝广芊;壳聚糖/明胶复合止血材料的研制及其性能研究[D];西南大学;2016年
2 汪学军;增强型聚乳酸基纳米结构复合支架的制备与性能[D];青岛大学;2009年
3 冷延国;明胶微胶囊化技术研究[D];北京化工大学;1999年
4 朱威;具备血小板复合细胞外基质的3D打印多孔钛支架及其仿生功能化[D];北京协和医学院;2016年
5 刘帆;氧化石墨烯-多聚赖氨酸聚合物多功能修饰复合支架可控释放纤连蛋白和骨形态发生蛋白-2促进骨再生的实验研究[D];中国医科大学;2020年
6 段慧明;毕赤酵母表达重组羟基化人源明胶的研究[D];北京化工大学;2011年
7 张秉君;结构和功能双重优化的骨修复材料的构建及生物学性能研究[D];西南交通大学;2018年
8 王秋玉;PPDO-SIS复合支架的制备及其用于皮下软组织缺损修复的研究[D];中国人民解放军陆军军医大学;2019年
9 马俊;纳米纱/三维多孔纳米纤维复合支架构建及对骨髓间充质干细胞向纤维环细胞分化的影响[D];中国人民解放军海军军医大学;2018年
10 赵晶晶;HA/PTMC-F127-PTMC复合材料诱导成骨的实验研究[D];南方医科大学;2018年
11 苑博;表面多孔PCL-TCP复合支架的构建及其负载纳米DBM涂层修饰作为骨移植替代物的实验研究[D];中国人民解放军海军军医大学;2019年
12 吴焕成;NAD联合目标体温管理及复合支架在治疗颅脑创伤中的基础研究[D];天津医科大学;2018年
13 李丹荣;基于生物活性玻璃/壳聚糖/丝素蛋白的皮肤组织工程复合支架材料构建及其应用研究[D];华南理工大学;2017年
14 赵亚红;聚吡咯/丝素蛋白导电复合支架制备及其对神经再生的影响[D];江南大学;2018年
15 谢恩;新型仿生BMP-BG-COL-HYA-PS复合支架的实验研究[D];第四军医大学;2008年
16 孙瑞雪;明胶微球和明胶基复合微球的制备与性能研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2009年
17 赵洪石;二级三维多孔天然胶原—羟基磷灰石骨组织工程复合支架材料的体外构建及其生物性能研究[D];山东大学;2011年
18 邓诚;智能水凝胶—去细胞瓣复合支架制备和生物学性能研究[D];华中科技大学;2012年
19 周潘宇;用于骨缺损修复的有序介孔材料的制备、改性及性能研究[D];第二军医大学;2015年
20 笪虎;致密层在骨软骨复合支架修复兔关节骨软骨缺损中作用的研究[D];第四军医大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 黎中雪;硅纳米活性颗粒/明胶复合支架构建组织工程骨及修复小鼠骨缺损的研究[D];西南大学;2020年
2 彭鹏;丝素/明胶支架的制备及其性能研究[D];兰州大学;2015年
3 邢雪宇;细菌纤维素/明胶复合多孔支架的制备及性能研究[D];东华大学;2016年
4 乐建军;工业皮到鲜猪皮—明胶主原料优化研究[D];浙江大学;2016年
5 刘燕林;高钙高氨氮明胶废水工程设计及运行研究[D];浙江工业大学;2012年
6 Kasankala.M.Ladislaus;鱼皮、鱼骨中明胶的提取研究[D];江南大学;2006年
7 吕玲美;基于聚己内酯/弹性蛋白纳米纤维复合支架的制备及其用于肌腱组织工程的研究[D];华南理工大学;2020年
8 郭凯;纳米刀消融联合胆道复合支架治疗不可切除肝门部胆管癌[D];郑州大学;2020年
9 吴修东;高热稳定性明胶软糖的开发和工艺优化[D];华南理工大学;2011年
10 陈丽;可食性狭鳕鱼皮明胶复合膜的制备、性质与应用研究[D];中国海洋大学;2009年
11 王琦;光合细菌处理明胶废水研究[D];重庆大学;2002年
12 张轲;骨形态发生蛋白2,7-聚乳酸—羟基乙酸共聚物复合支架的制备及其细胞成骨能力研究[D];西南医科大学;2016年
13 余文杰;猪皮明胶对冷冻面团及其面包品质的影响与机理研究[D];江南大学;2020年
14 文鹏飞;壳聚糖、明胶表面修饰及其复合支架构建[D];大连理工大学;2008年
15 曹婧婧;传统加固剂与合成加固剂性能对比研究及明胶改性初探[D];西北大学;2017年
16 随蓓蓓;胶原蛋白复合支架的制备及其与人角膜基质细胞的生物相容性研究[D];中国海洋大学;2013年
17 胡蓉;重组人源明胶在毕赤酵母中的表达条件的探索[D];北京化工大学;2012年
18 尹浩月;聚乳酸/纳米羟基磷灰石复合支架材料的制备与研究[D];华北理工大学;2019年
19 夏宇;聚己内酯—水凝胶复合支架的3D打印工艺研究[D];上海交通大学;2018年
20 邹清霞;微纳结构HA/PDA/CMCS双功能复合支架的制备及其抗肿瘤和促成骨分化性能研究[D];华南理工大学;2019年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 本报实习生 李勤;当明胶“邂逅”新型蛋白酶[N];中国科学报;2014年
2 本报记者 马佳;“人体明胶”流言[N];中国科学报;2012年
3 芮厘;人源明胶是不是“同类相食”[N];中国科学报;2012年
4 晴天;明胶原料价格飞涨 谨防毒胶囊地下生存[N];中国科学报;2012年
5 古典工艺艺术家 伊丽莎白·奥帕莱尼克(Elizabeth Opalenik) 孔耐 译;回到“未来”——明胶蚀刻工艺的可能性[N];中国摄影报;2020年
6 王迪;全球明胶市场接近50亿美元[N];医药经济报;2019年
7 徐铮奎;2024年全球明胶销量将达65万吨[N];医药经济报;2018年
8 特约撰稿 徐铮奎;“疯牛病”难挡明胶疾走[N];医药经济报;2013年
9 本报记者 李金玲;明胶废渣入侵食品[N];中国企业报;2012年
10 记者 姜虹;三元公司:与问题明胶无任何瓜葛[N];中华工商时报;2012年
11 早报记者 权义;学洋明胶厂的“前世今生”[N];东方早报;2012年
12 本报特约撰稿人 徐铮奎;明胶原料来源扩大产业紧踩油门加速[N];医药经济报;2009年
13 记者 尹枫 胡旺弟;全球首个清真明胶项目红古开工[N];甘肃经济日报;2010年
14 记者 苏建平;我省首家清真明胶生产线投产[N];青海日报;2009年
15 钟欣;明胶市场复苏 出口形势好[N];国际经贸消息;2001年
16 金美林投资;G明胶 拉升在即[N];证券时报;2006年
17 徐铮奎;明胶市场复苏出口形势好[N];中国化工报;2001年
18 记者瞿剑;明胶制备新工艺提高功效10倍[N];科技日报;2002年
19 华凌;明胶纳米药粒可用于治疗中风[N];科技日报;2014年
20 胡战全 陈瑷 记者 程伯全;成都暂未发现食企使用问题明胶[N];中国食品安全报;2014年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978