生物活性分子改性静电纺丝材料的制备及促内皮化研究

发布时间：2020-03-28 23:18

【摘要】：心血管植入材料表面的内皮化是目前公认的实现材料血液相容性的最佳策略。然而大部分植入性材料由于缺乏生物活性信号,植入体内后无法快速有效地实现内皮化,导致血栓和新生内膜增生等严重并发症的发生。因此,对材料进行生物功能化改性以促进内皮细胞(EC)的黏附、增殖、迁移和功能发挥等是解决问题的关键。虽然生长因子被广泛应用于材料改性,可以通过其引发的一系列信号通路调控上述EC的行为,但是生长因子在体内环境的不稳定性,影响了改性材料的长期效果。针对上述问题,近年来发展了一些新型的生物功能化改性策略。例如,功能性基因改性的材料通过基因的传递,使得EC分泌生长因子等活性分子,从而持续有效地促进内皮化;糖胺聚糖改性的材料可以稳定生长因子并促进其与相应受体的结合,从而放大生长因子的活性,促进内皮化。虽然上述两种策略都能一定程度上促进材料的内皮化,但是在实际应用中各自都存在不足:较低的EC转染效率导致基因改性材料无法实现目的功能;天然糖胺聚糖的结构异质性、免疫原性、半衰期短等缺点限制了其应用。因此,本文旨在通过解决上述两种策略中所存在的问题,从而更快速有效地促进材料的内皮化。主要研究内容包括以下两个部分:(1)光热辅助的功能性基因传递促进电纺材料的内皮化。为了提高材料对于难转染细胞EC的基因传递,构建了具有光热转换性能的功能基因改性材料,通过光热辅助作用增强了 EC的转染效率。首先采用静电纺丝技术制备了 PCL多孔纤维材料,通过多巴胺的氧化自聚于PCL材料表面形成PDA涂层得到PCL-PDA,该材料具有优异的光热效应且表面具有良好的亲水性。编码bFGF基因的质粒DNA(pEGFP-bFGF)和PEI复合后负载于PCL-PDA表面,在近红外激光的照射下实现了 EC的高效转染(95%)。探索出了最佳的激光照射条件,能够在实现高转染效率的同时不损害细胞增殖。qRT-PCR进一步表明了 EC成功转染后表达目的基因bFGF。光热辅助bFGF基因传递后显著促进了 EC的增殖和迁移,实现了材料表面内皮层的快速形成。(2)控制释放糖胺聚糖类似物促进电纺材料的内皮化。使用合成的糖胺聚糖类似物代替天然糖胺聚糖对材料进行改性,并采用一种新型的“单元重组”合成策略对聚合物结构进行调控使其发挥最佳生物活性。将糖胺聚糖结构概念化地拆分为糖单元和磺酸单元,并利用两种单体分别作为两种结构单元进行聚合,得到了糖胺聚糖类似物。通过对聚合物中糖单元和磺酸单元相对比例的调控以及分子量的调控筛选出了最佳糖胺聚糖类似物pSG(糖与磺酸的比例约为1,分子量为9.8 kDa)。与以往研究中重点关注磺酸基团作用不同的是,本研究发现糖单元对于糖胺聚糖类似物功能性发挥起着不可或缺的作用。基于上述研究,通过同轴静电纺丝,将pSG成功包载于PCL核壳结构纤维中得到糖胺聚糖类似物改性材料pSG/PCL,实现可控持续释放。该材料显著促进了EC的增殖和迁移,实现了材料上内皮层的快速形成,且新生内皮层的功能得到了显著的提升。进一步的研究表明,pSG调控EC行为的机理可能是促进了生长因子VEGF和bFGF于其细胞膜上的受体的结合,激活了相关信号通路,进而引发了增殖,迁移,NO释放等下游细胞进程。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08;TQ340.64

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