基于环境响应性材料的复合组织工程支架在骨科基础研究中的应用
本文选题：环境响应性材料 切入点：温敏水凝胶 出处：《吉林大学》2016年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：骨骼肌组织损伤情况复杂,面临再生以及修复的过程,同再生能力较强的骨组织相比,软骨组织的再生能力较差,这是由于其固有的自身特性决定的。持续的软骨缺损会造成关节退变,最后需要手术干预。同软骨组织再生同样棘手的问题还有一些创伤后软组织恢复较差,甚至发生粘连等并发症,这类疾病也是给患者的术后功能恢复造成很大的影响,往往需要再手术治疗。对于以上两类疾病的研究已经进行了数十年,也取得了一定的研究成果,但是距离满意的术后疗效仍有一定差距。例如软骨修复的效率仍然十分低下,如何进一步的提高软骨修复效率是其重要的发展方向。对于软组织粘连来说,如何有效的预防组织粘连的发生,而不是在粘连出现后进行被动的治疗已经越来越引起越来越多研究人员的关注。组织工程的出现为以上两种疾病提供了新的解决措施,组织工程技术,即利用组织工程支架进行药物或者细胞的包载进行局部组织的修复等作用,怎样进一步的提高组织工程技术在骨科疾病中的应用是本文的研究方向。环境响应性材料可以根据材料植入的周围环境进行相应的反应,从而可以进一步的提高组织工程在组织修复以及其他疾病治疗方面的作用效率。本研究就利用先进的环境响应性生物材料制作技术,试图更加精确高效的治疗这两种骨科疾病,达到更好的疾病预后。研究主要包括以下两部分:一、温敏性水凝胶支架包载可它因(kertogenin,KGN)以及骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)修复软骨缺损。在本研究中利用由聚丙交脂-乙交脂-聚乙二醇三嵌段聚合物poly(L-lactideco-glycolide)-poly(ethylene glycol)-poly(L-lactide-co-glycolide)(PLGA-PEGPLGA)水凝胶的温敏特性,十分便利的包载了软骨诱导小分子KGN,以及细胞来源BMSCs进行软骨缺损的修复。研究发现PLGA-PEG-PLGA温敏凝胶的温敏特性良好,可以有效成胶,且具有良好的生物可降解性和生物相容性。KGN小分子作为非蛋白有机小分子可以同转化生长因子β(transforming growth factor,TGF-β)一样有效的诱导BMSCs成软骨,两种生物因素的联合,加上温敏水凝胶的有利支持,达到了较好的软骨修复效果。在本研究中我们建立了软骨缺损兔子模型,应用大体外相观察,苏木素伊红(hematoxylin eosin staining,HE)和甲苯胺蓝(toluidine blue staining O,TBO)染色染色以及力学性能检测等方法,研究发现经过3个月的有效修复,包载了KGN和BMSCs温敏水凝胶系统组获得了更好的修复外观、组织学评价、以及更多的细胞外基质例如二型胶原(collagen II,COL II)、氨基葡聚糖(glycosaminoglycans,GAGs)等,此外还获得了更好的有力学性能。说明基于该包载有KGN和BMSCs的温敏水凝胶系统为软骨缺损的治疗可以提供新的可行方案。二、氧化敏感性电纺丝材料复合姜黄素以及塞来昔布在跟腱防粘连上的应用。本研究涉及术后软组织防粘连的相关研究,跟腱断裂后局部的炎症反应会造成局部的氧化环境,在本研究中利用含硫聚酯含有硫醚键的氧化敏感性电纺丝材料包载抗炎及抑菌药物进行局部的跟腱断裂术后防粘连研究。含有硫醚键的高分子材料,其中的硫醚键可以在氧化环境中被氧化为砜基及亚砜基,导致亲水性增加,亲水性增加的溶胀作用会导致降解速度加剧,从而可以使包载的抗炎药物更快的释放。本研究表明:应用电纺丝技术制作的聚(乙二硫醇-己二醇二丙烯酸酯)电纺丝膜具有氧化敏感性,可以在氧化环境中加快降解。其氧化后的电纺丝膜表征证实,在氢谱核磁以及傅里叶红外光谱上具有砜基以及亚砜基的特征峰,证实了硫醚键被氧化的事实;且凝胶渗透色谱法(gel permeation chromatography,GPC)研究表明:高聚高分子的聚合链被氧化后发生了断裂,分子量减小,洗脱时间延长。在成功的包载姜黄素和塞来昔布后,释放实验表明其释放可以被有效控制,经过20天的释放,释放量约在80%左右,且姜黄素电纺丝膜被证实具有有效的抑菌作用。大鼠跟腱断裂模型表明:无论是姜黄素还是塞来昔布单独的包载的氧化敏感性电纺丝膜都具有一定的防粘连作用,粘连评分小于对照组;其次二者共同包载的电纺丝膜组具有更好的防粘连效果、最好的粘连和炎症评分,其次炎症因子的免疫荧光以及半定量表明,该组的炎症因子分泌量最少。结果证明:氧化敏感性的电纺丝材料包载的姜黄素以及塞来昔布具有协同作用,可以作为跟腱断裂后防粘连的重要措施之一。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;R68
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本文编号：1585287
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