聚L-谷氨酸基软骨组织工程支架制备及其性能研究

发布时间：2019-11-13 01:08

【摘要】：软骨组织工程真正走向临床仍有大量具体问题需要解决，软骨支架用生物材料研究相对薄弱是限制软骨组织工程临床应用的主要障碍。以性能稳定、类天然细胞外基质的生物材料构建组织工程支架，是实现软骨损伤修复的关键问题之一。本文提出通过聚L-谷氨酸（PLGA）与壳聚糖（CS）构建软骨组织工程支架，PLGA是一种合成聚氨基酸，分子量可控，可模拟细胞外基质蛋白质成分，CS是一种天然多糖，，能模拟细胞外基质中的糖胺多糖组分。本文研究结果为软骨组织工程新材料开发提供一种新的选择。 研究PLGA及其嵌段共聚物细胞粘附与增殖性能。本文合成了PLGA均聚物、聚丙烯酸-聚L-谷氨酸(PAA-PLGA)和聚乙二醇-聚L-谷氨酸（PEG-PLGA）嵌段共聚物，在聚乳酸（PLA）表面通过层层自组装技术构建PLGA及其嵌段共聚物与CS聚电解质多层膜。研究发现修饰后的PLA表面粗糙度增加，亲水性提高。通过正置荧光显微镜及酶标仪，研究脂肪干细胞在PLA、PLGA及其嵌段共聚物聚电解质多层膜上定性粘附及DNA定量增殖，结果表明PLGA能促进细胞在PLA表面粘附和增殖；与PLGA均聚物相比，PAA-PLGA可进一步提高细胞粘附性，但是细胞增殖能力有所降低；而PEG-PLGA则会形成抗细胞粘附及增殖表面。 化学交联法制备PLGA/CS组织工程支架。考察冷冻温度及固含量对支架孔结构影响，探讨活化剂用量、固含量、组分比等与支架孔隙率、溶胀度、力学性能关系。SEM分析表明支架孔径随冷冻温度降低而减小，固含量增大导致支架孔径缩小、孔壁变厚并降低孔间贯通性，但是力学性能有所提高。当增加活化剂用量、组分比为等摩尔配比时，支架交联程度最好，力学性能最佳。化学交联支架具有较高的溶胀度，孔隙率均在90%以上。 静电络合法构建PLGA/CS三维多孔支架。研究冷冻温度及固含量对静电络合支架孔结构影响，结果表明支架孔径随冷冻温度升高而增大，固含量低时，支架壁薄容易塌陷，固含量高时，壁厚但孔径小，孔间贯通性变差。研究固含量及组分比对PLGA/CS静电络合支架性能影响，结果显示支架孔隙率在90%以上。随着固含量增加，支架力学性能提高，溶胀度有所降低。组分比在1:1时，支架静电络合作用最强，溶胀度最低。通过动态力学分析、活性基团测试、表面接触角及结构模型对比分析静电络合与化学交联支架结构与性能关系，静电络合支架具有更多活性基团、更好亲水性，表面更粗糙。 研究PLGA/CS支架体外内外生物性能。通过MTT细胞毒性实验、SEM和激光共聚焦定性评价兔脂肪干细胞粘附及基质分泌，酶标仪测定DNA生长曲线，结果显示PLGA/CS支架无细胞毒性，而且具有良好的细胞粘附及增殖性能。PLGA/CS支架接种兔脂肪干细胞，体外诱导培养后，自体回植修复兔膝关节非负重区全层缺损，12周后组织切片结果显示，PLGA/CS静电络合支架完全降解、缺损部位得到修复并与周围正常软骨组织融合在一起。以上结果表明PLGA/CS静电络合支架有望成为一种理想的关节软骨缺损修复材料。 致孔剂调控PLGA/CS静电络合支架孔结构。分别以PLA微球、纤维和二氧六环为致孔剂，并用冷冻干燥技术，可获得带有球形、纤维形及孔壁带有孔洞的组织工程支架。与单一冷冻干燥法制备支架比较发现，致孔剂调控支架后孔隙率基本维持不变、溶胀度略有升高，而力学性能有所下降。通过SEM观测细胞粘附、酶标仪测定DNA生长曲线，表明致孔剂法形成的球形、纤维状孔洞以及多孔孔壁会影响细胞粘附、基质分泌及增殖。致孔剂可为构建特殊孔结构软骨支架等研究提供实验依据。
【图文】：

1.1 Langer R 和 Vacanti JP 在《科学》对组织工程的定义sue engineering first defined by Langer R and Vacanti J P on《Sc程的基本方法是将细胞接种到生物相容性良好、可被程支架上，通过细胞增殖、分化等形成细胞/支架复损部位，组织工程支架在体内逐步降解被机体吸收或具有形态和功能的相应软骨组织，最终达到修复和重骨组织工程由三个基本要素组成：1）提供细胞粘附织工程支架；2）能形成软骨组织的种子细胞，这些源细胞；3）引导软骨细胞增殖或诱导分化的生长因源蛋白或由外源细胞产生，也可由内源细胞分泌[5]。提供结构支撑，引导软骨组织再生和控制组织结构，内容[6]。

5图1.2 壳聚糖-明胶支架及接种细胞10天后SEM照片Figure 1.2 The SEM images of the chitosan-gelatin scaffolds and chondrocytes seefed on for 10days[18]图1.3 明胶/硫酸软骨素/透明质酸支架SEM照片及接种细胞3周后可形成软骨组织Figure 1.3 The SEM images of the Gelatin-chondroitin-hyaluronan scaffolds and chondrocytesseeded for 3 weeks[23]1.2.2 合成高分子材料合成高分子支架研究最多的是聚酯类材料。聚乳酸、聚乙交酯及其共聚物是目前软骨组织工程领域应用最广泛的可降解合成高分子材料。聚乳酸是研究非常广泛的生物医用可降解高分子材料。早在20世纪90年代，Vacanti 等[24]就将聚乳酸和聚乙交酯用做培养基质材料培养软骨细胞，并成功通过组织工程的方法获得新生软骨。Chu 等[25]将兔肋部软骨细胞接种到圆柱状的聚乳酸支架中，体外培养结果证明软骨细胞在支架中具有较高的细胞活性。
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R318.08

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本文编号：2560054