纤维内外协同矿化胶原支架和胶原膜材料的构建及研究

发布时间：2018-06-29 21:21

本文选题：胶原 + 协同矿化　；参考：《天津医科大学》2017年博士论文

【摘要】：目的:口腔颌面骨组织缺损是临床治疗的重点及难点所在,目前常用的自体骨及异体骨移植技术存在供给区对骨量的限制、二次创伤、传染性疾病感染风险等缺陷。Ⅰ型胶原作为天然骨基质的主要有机成分是骨替代材料的理想选择,但其单独使用时机械性能较差、降解速率较快,无法很好承担支架或屏障膜功能。为克服以上限制因素,本研究拟凭借仿生矿化策略,利用羧甲基壳聚糖(CMC)稳定无定型磷酸钙(ACP)形成纳米复合物矿化胶原纤维,制备出兼具良好生物学性能、优异机械性能和适宜降解速率的矿化胶原支架和胶原引导组织再生膜,为临床骨组织缺损的修复治疗提供新策略。方法:1.胶原支架/膜材料的制备和表征:于鼠尾中提取胶原,透析后冷冻干燥,分别用SEM、TEM和FTIR表征材料表面微形貌及结构特征。2.纤维内/外仿生协同矿化胶原支架的制备及性能评价:将透析完成的胶原于凝胶状态置于仿生矿化液中,待矿化完全后冷冻干燥。分别用SEM、TEM表征材料表面微形貌;用XRD评估材料矿化效果;用拉力测试检测材料机械性能;将小鼠3T3-E1细胞接种于支架材料上,进行细胞实验(CCK-8、ALP、AO/EB及免疫组化染色),评估材料体外生物学性能;建立SD大鼠颅骨缺损模型进行动物实验,通过Micro-CT和病理切片HE及Masson染色,评价材料体内生物学性能。3.仿生矿化胶原膜制备及性能评价:将自组装后的胶原于模具中成型,分别置于仿生矿化液中12h、24h和48h后冷冻干燥。用SEM、AFM表征样品表面微形貌;用EDS表征样品表面元素分布;进行干湿状态下拉力测试及原子力纳米压痕实验,表征材料宏/微观机械性能;将大鼠骨髓间充质干细胞(MSCs)接种于膜材料上,进行细胞实验(CCK-8、ALP、AO/EB及免疫组化染色),评估材料体外生物学行为;建立大鼠颅骨缺损模型及小鼠皮下异位成骨模型进行实验,通过Micro-CT和组织及免疫组化染色,评价材料体内引导骨组织再生及异位成骨能力。结果:1.胶原支架/膜材料表征:SEM显示胶原支架呈疏松多孔结构,孔隙大而贯穿,胶原膜亦为多孔结构,但孔径小而密集,胶原纤维均出现特征横纹结构(D=67nm);TEM表明,染色后的支架和膜均形成规律的横纹结构;FTIR可见在酰胺A、酰胺Ⅰ、酰胺Ⅲ处,支架和膜材料均出现胶原三螺旋结构特征性峰值。2.纤维内/外仿生协同矿化胶原支架性能研究:SEM显示仿生矿化支架中胶原纤维纵横交错成网状,可见特征横纹结构(D=67nm),TEM表明,在未经染色情况下支架中形成规律的横纹结构;XRD结果显示在矿化初期于28.9°,31.7°,45.3°(2θ)可见平缓峰值;机械性能试验结果表明,干湿状态下支架材料弹性模量均有显著性提升;细胞实验结果显示,仿生矿化支架促成骨作用优势明显;动物实验表明,在仿生矿化胶原支架组新骨形成速度快,骨量大,材料降解速度慢。3.具备可控性宏/微观机械性能仿生矿化胶原膜性能研究:SEM及AFM下可见胶原膜纤维排列成网状,纤维可见特征横纹条带(D=67nm);EDS探测矿化胶原膜表面钙磷比例随着矿化时间的延长增加;拉力测试和纳米压痕实验表明干湿状态下膜材料随着矿化时间的延长宏/微观机械性能显著提升;细胞实验结果显示矿化48h胶原膜促成骨作用明显;动物实验结果表明矿化48h组引导新骨形成速度最快,骨量最大,材料降解速度最慢,异位成骨能力最强。结论:本研究表明,基于仿生策略CMC/ACP纳米复合物可以在胶原纤维自组装完成后的凝胶状态下实现纤维内/外协同矿化,并通过控制矿化参数调控材料的宏/微观机械性能,制备出与天然骨基质结构、成分和机械性能相似的仿生矿化胶原支架和膜材料;体内外实验证明该仿生矿化胶原支架和膜材料具有良好生物学性能、优良机械性能及一定的骨引导性和骨诱导性。因此,纤维内/外协同矿化是一种可调控矿化胶原材料生物学性能和机械性能的有效仿生矿化策略。
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【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R318.08;R782

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