载重组人骨形态发生蛋白2纳米支架材料的制备与性能研究

发布时间：2019-04-18 07:07

【摘要】：骨移植组织的需求量逐年上升,而能够提供的传统的骨移植组织的数量在减少。组织工程技术亟待开发能够临床应用的适合的替代品,静电纺高聚物纳米纤维膜作为药物缓释系统有着潜在的应用,并且能够保证所载药物的活性,壳-核结构的电纺纳米纤维膜可克服药物突释的问题,且能够保护不稳定的生物制剂,使得壳层和核层结构中的药物以不同的释放速度缓释,从而有效作用于患者组织部位。骨形态发生蛋白(BMP)有诱导动物、人体间充质细胞,向骨、神经组织及软骨方向分化的作用。理想的组织工程支架材料,要满足一定的生物要求。本研究选用可生物降解的玉米醇溶蛋白(zein)、左旋聚乳酸(PLLA)和聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)制备支架材料,材料具有较好的生物相容性以及无毒性。Zein、PLLA分别作为纳米纤维的壳层和核层材料,PLLA为纤维膜提供了力学支撑,PLGA用做壳-核结构复合微球的载体材料。载入的DEX对大鼠骨髓间充质干细胞(RMSCs)的前期有促进生长增殖的作用,rhBMP-2诱导RMSCs向成骨细胞分化。本课题研究建立了两种载药支架体系。一种为载有rhBMP-2和DEX的zein/PLLA纳米纤维膜,一种为静电纺方法制备载有rhBMP-2的PLGA微球,对两种rhBMP-2载体进行制备工艺的探索及相关性能研究。同轴静电纺技术制备的zein/PLLA、zein-DEX/PLLA、zein/PLLA-rhBMP-2(rhBMP-2浓度为12、30、48μg/ml)、zein-DEX/PLLA-rhBMP-2(rhBMP-2浓度为12、30、48μg/ml)等八组纤维膜,均具有粗糙表面,且纤维没有串珠缺陷等不规则现象,其中zein/PLLA膜的表面相对较光滑;在加入不同种类和不同质量的药物后纤维之间的直径大小与分布并没有发生明显变化,平均直径大小均在300nm左右,其中zein/PLLA纤维膜中加入分子量小的DEX后溶液粘度下降,直径变大,直径分布的范围较宽;支架材料的表面受药物加入的影响而变得粗糙,这种结构对细胞的粘附和生长起到了有力的支撑。八组纤维膜中zein/PLLA纳米纤维膜具有最高的拉伸强度及弹性模量,且断裂伸长率最长,载DEX的纤维膜次之,即DEX的加入会降低纤维膜的拉伸强度;载有rhBMP-2的纤维膜的拉伸强度较低,载有两种药物的纤维膜最低,但不同浓度rhBMP-2之间没有明显差异。Zein/PLLA支架材料与载入药物后的支架材料杨氏模量差异较小。不同纤维膜的体外药物释放曲线表明,药物从载单一药物的纤维膜中释放的比从载双重药物的纤维膜中释放的快。壳层结构中的DEX表现出突释的同时rhBMP-2表现出了较为缓慢稳定的释放。综合释放曲线结果可知,体外药物释放持续21d,最终DEX的累积释放率在55%-65%,rhBMP-2的累积释放率在5%-35%,没有完全释放,表明两种药物可能会释放更长的时间。利用静电纺丝的方法制备的载有rhBMP-2和DEX的双重释放体系是可控的,这种释放体系中有足够的生长因子贯穿整个释放阶段,有助于促进RMSCs向成骨细胞分化。RMSCs细胞培养中在第6天zein-DEX/PLLA纤维膜的促进增殖效果显著于zein-DEX/PLLA-rhBMP-2纤维膜,第9天结果相反,证明DEX和rhBMP-2对细胞的增殖效果显著,且单一DEX的促进效果没有双重载药纤维膜显著。利用静电纺技术制备壳-核结构PLGA微球,探索出最佳纺丝工艺参数为:电压25KV,接收距离16cm,内外纺丝速率分别为0.1ml/h和1ml/h。所得PLGA微球均没有成丝现象,表面均具有沟状粗糙结构。纯PLGA微球的平均直径最小,为4.43μm,其直径相比rhBMP-2-PLGA微球要小的多。载有高浓度rhBMP-2的PLGA复合微球有一个较窄的粒径分布,以及更小的标准偏差,标准差从1.02μm,0.86μm,0.78μm到0.69μm逐渐减小。体外药物释放结果表明rhBMP-2在开始的6h内表现出了突释,药物释放速率较快,之后的释放速率较小。最终rhBMP-2的累计释放率分别为41%、34%和27%(rhBMP-2的浓度分别为12、24、48μg/ml)。本实验中rhBMP-2的体外释放曲线可推断,载有较高浓度rhBMP-2的PLGA微球可能会导致更小的药物累计释放率。复合PLGA微球在体外降解时初始质量在前三周缓慢减少了约11%,之后质量明显下降。在复合PLGA微球暴露在PBS缓冲液中持续7周后,最终约15%的质量保留下来。降解过程微球分别与PBS溶液在接触不同的时间后,表面形貌发生了变化,随暴露在溶液中的时间增长微球的表面逐渐倒塌。7天的细胞培养之后得到第7天的细胞增殖没有之前明显,但均对RSMCs有促进增殖的作用,且微球体外细胞培养中的细胞毒性很小,说明rhBMP-2-PLGA微球在骨组织工程的应用中具有较大的潜在价值,同时用静电纺丝技术制备出的具有粗糙表面的载药PLGA微球在药物释放领域具有广泛的发展前景。本课题研究建立的两种载药支架体系在骨组织工程领域将具有潜在的应用前景。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;TQ460.1

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