家蚕丝素蛋白纳米纤维的调控及其在组织修复材料中的应用

发布时间：2018-04-25 19:09

本文选题：丝素蛋白 + 纳米纤维　；参考：《苏州大学》2013年博士论文

【摘要】：组织工程支架在微米尺度和纳米尺度的结构和形貌对细胞的生长、增殖和分化以及细胞外基质重建具有重要的调控作用。通过模拟细胞外基质的微纳结构，构建有利于细胞和组织生长的微环境已经成为构建组织修复载体的新方向。纳米级的纤维材料是生物体系统的基本组成结构。纳米纤维材料与细胞外基质的微观结构保持一致，在组织修复载体构建中具有重要优势。丝素蛋白纤维是强度最高、刚度最好的生物材料之一。它具有多级结构，其中尺寸小于20nm的纳米纤维是决定其完美机械性能的关键因素。虽然丝素蛋白纳米纤维已经在天然和再生丝素溶液中被发现，但是目前还是缺乏有效的方法能够在水溶液中控制纳米纤维的形成。这制约了丝素蛋白材料在组织工程中的应用。本文通过简单而有效的方法，调节丝素蛋白的自组装行为，成功制备出丝素蛋白纳米纤维。通过重复干燥-溶解的方法首先制备出亚稳态的丝素蛋白纳米颗粒，随后在不同的浓度和处理温度下，将纳米颗粒分解并再自组装形成不同尺寸和β-sheet含量的纳米纤维溶液。这些纳米纤维与天然丝素纳米纤维具有相似的形貌，为进一步体外自组装丝素蛋白多级结构提供了合适的单元。在此基础上，我们对丝素蛋白溶液的二级结构和粘度行为与溶液中形成的纳米纤维之间的关系也进行了阐述。这为研究丝素蛋白的自组装过程提供了新的视野。随后，以上述丝素蛋白纳米纤维为基质，通过不同的后处理方法，我们进一步实现了对其二级结构和力学性能的调控，获得了具有不同力学响应性的丝素蛋白纳米纤维薄膜，并研究了其对神经干细胞行为的调控作用。细胞结果表明，，不同结构和力学性能的纳米纤维能够显著影响神经干细胞的生物学行为。其中真空水处理和80%甲醇处理的纳米纤维显著提高神经干细胞的迁移。而50%甲醇真空处理和80%甲醇处理的纳米纤维则显著提高神经干细胞向神经元的分化。最终，经过80%甲醇处理的纳米纤维为神经干细胞提供了更好的微环境，不仅显著提高了干细胞向神经元的分化，而且抑制了星形胶质细胞的形成，有望成为一种合适的神经组织修复材料。最后，将丝素蛋白纳米纤维同普通丝素蛋白溶液相混合，以诱导溶液中的丝素蛋白进一步组装，从而提高了三维支架材料的成型性和稳定性。随着纳米纤维含量的增加，所形成支架的微观结构由片层结构向多孔结构转变，表明其成型性显著提高。更重要的是，丝素蛋白溶液中纳米纤维的含量还会影响支架的机械性能和在水中的稳定性。当纳米纤维与普通丝素蛋白质量比为1：7.5时，支架的机械性能最好，不需任何后处理，就获得了在水中能够保持原有整体结构和多孔微观结构的多孔支架，其在水中的保留量为85%以上。同传统丝素蛋白支架材料相比，此支架材料具有更低的结晶度和更快的降解性能，从而表现出良好的亲水性和更为优异的生物相容性，为丝素蛋白在软组织领域的应用提供了更为丰富的基质材料。随后，含有纳米纤维的三维支架材料通过真空水处理和甲醇处理进行结构和性能的进一步调控，成功获得具有不同力学性能、二级结构组成以及降解性能的丝素蛋白多孔支架，构建出结构和性能可控的丝素蛋白多孔支架体系。体外细胞实验表明，上述丝素蛋白支架材料均具有良好的生物相容性。综上所述，本文通过重复干燥-溶解的方法首先制备出丝素蛋白纳米纤维。利用此纳米纤维调控丝素蛋白生物材料的纳米结构和二级结构，并结合不同的后处理方法，成功制备出具有纳米纤维结构，且二级结构和力学性能可控的丝素蛋白生物材料，证明了以丝素蛋白为基质，根据不同组织需求，构建适宜于不同组织再生微环境的可行性，为实现丝素蛋白在不同组织再生的有效应用奠定了良好的理论和材料基础。
[Abstract]:The structure and appearance of tissue engineering scaffold in micron scale and nanometer scale have important regulation effect on cell growth , proliferation and differentiation and extracellular matrix reconstruction .

In this paper , the self - assembly behavior of silk fibroin was regulated by simple and effective method . The silk fibroin nanofibers were prepared successfully . The nano - fiber solution with different size and 尾 - sheet content was prepared by repeated drying - dissolving method .

The results showed that nano - fibers treated with 80 % methanol could significantly improve the differentiation of neural stem cells . The results showed that nano - fibers treated with 80 % methanol could significantly improve the differentiation of neural stem cells .

and finally , the silk fibroin nanofibers are mixed with the common silk fibroin solution to induce further assembly of the silk fibroin in the solution , so that the forming property and the stability of the three - dimensional scaffold material are improved .

In conclusion , silk fibroin nanofibers were prepared by repeated drying - dissolution method . The nano - fiber was used to control the nano - structure and secondary structure of silk fibroin biomaterial . The silk fibroin biomaterial with nano - fiber structure and controllable secondary structure and mechanical property was successfully prepared by combining different post - treatment methods .

【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：Q51;R318.08

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