构建仿生可降解组织工程纤维环支架的研究

发布时间：2020-03-21 06:45

【摘要】：目的:1.评估聚己内酯(PCL)、聚二恶烷酮(PDS)熔融纺丝制备仿生可降解椎间盘纤维环支架的可行性。2.研究可降解支架复合人脐带间充质干细胞(HWJ-MSCs)构建仿生可降解组织工程纤维环的可行性。方法:1.以PCL、PDS及两者不同比例混合物为原料,通过熔融纺丝技术制备五组不同比例的仿生支架,包括PCL组、PCL/PDS70/30组、PCL/PDS50/50组、PCL/PDS30/70组和PDS组。通过体式显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察支架的宏观和微观结构;分别测量支架纤维直径、孔径、孔隙率;使用力学仪器测量支架的力学性能;通过接触角测量仪测量其亲水性;通过体外模拟和皮下埋植观察支架体外降解及体内降解情况;通过酶联免疫吸附实验(ELASA)检测降解组织周围炎症因子IL-1β和TNF-α的表达情况。2.提取人脐带间充质干细胞(HWJ-MSCs),将原代HWJ-MSCs培养并传代扩增至P3代,将P3代HWJ-MSCs接种到熔融纺丝纤维环支架上,通过CCK-8检测细胞在支架上的黏附、增殖情况;Live/Dead染色检测细胞在支架上的存活情况;通过SEM观察细胞在支架上的黏附、伸展和细胞外基质分泌情况;通过异硫氰酸荧光素标记的鬼笔环肽染色观察细胞在支架上的细胞骨架形态。将P3代细胞接种在仿生支架上,加入类纤维环诱导液诱导HWJ-MSCs向类纤维环细胞分化,通过Western-blot检测诱导培养1周和3周后细胞Ⅰ、Ⅱ型胶原蛋白及Aggrecan蛋白表达情况。结果:1.支架宏观结构规则,呈中空圆柱体,支架外径为6 mm,内径为2 mm,外观颜色为乳白色。体视显微镜下可见纤维呈环形圆周取向分布,纤维间有菱形孔隙;SEM观察显示各组支架纤维直径粗细均匀,直径均为45-55μm,孔径大小均匀,约为70-75μm,纤维呈斜交叠层结构,成角约为60°;力学性能检测结果表明纯PDS组支架的力学性能最差,其拉伸模量为1.20±0.27 MPa,压缩模量0.07±0.01 MPa,PCL组的力学性能最好,其拉伸模量为8.43±0.44 MPa,压缩模量为1.88±0.08 MPa,三组混合支架的力学性能则随着PCL比例的增加逐渐变强;亲水性检测结果表明PDS组亲水性最好,PCL组亲水性最差,三组混合支架随PCL比例的增加逐渐减弱;体内和体外降解检测结果显示五组支架均随时间增长质量逐渐降低,其中在第12周时,体外和体内降解率分别为:PCL/PDS70/30组为21.44%、32.89%,PCL/PDS50/50组为32.29%、38.08%,PCL/PDS30/70组为36.81%、46.90%,PDS组为40.70%、61.11%,PCL组在体外和体内几乎均没有降解;降解组织周围炎症反应分析显示PDS组和PCL/PDS混合支架引起的炎症反应较PCL组支架低,PCL比例越高炎症反应越严重。2.体外培养的P3代HWJ-MSCs形态呈长梭形;细胞接种到支架上培养7天后CCK-8检测显示细胞在支架上黏附、增殖情况良好,PCL/PDS50/50组细胞增殖最好;Live/Dead染色检测显示细胞存活良好;SEM观察发现细胞在支架上黏附并分泌大量细胞外基质;鬼笔环肽染色观察显示细胞呈长梭形黏附在支架上。细胞支架复合物体外诱导后,Western-blot蛋白定量检测结果显示各组支架细胞分泌的Ⅰ型胶原及Aggrecan随着时间的增加均明显增加,且在第1周和第3周PCL/PDS70/30组和PCL/PDS50/50组的Ⅰ型胶原及Aggrecan量均高于PCL组(P0.05)。结论:1.采用PCL、PDS和熔融纺丝技术可以制备符合仿生斜交叠层结构的纤维环支架,并具备优越的力学性能、合适的降解速率和良好生物相容性。2.HWJ-MSCs接种到PCL/PDS可降解支架体外培养后生物活性良好,可以构建仿生可降解组织工程纤维环。
【图文】：

图 1 实验设备图。A：熔融纺丝机及相关设备；B：微小力学测试仪1.1.4.3 仿生可降解组织工程支架的结构和理化特性（1）支架的宏观结构将五组（截取长度为 5 mm）支架放置于体式显微镜下观察，并记录其宏观结构。（2）支架的微观结构将截取的支架用导电胶固定于样品台上，放置于喷金装置内，给予 10 mA电流，喷金时间 1 分钟；将喷金后的样本放置于扫描电子显微镜（SEM）内，在 10 kV 的电压下观察、记录五组支架的微观结构。其中，，每组支架选取至少3 个样本，每个样本选取 5 张电镜照片，每张照片分别选取不同的位置多次测量支架纤维直径（μm）、孔径（μm）。（3）支架的孔隙率使用液体置换法测定孔隙率。将截取长度为5 mm的各组支架置入盛有75%医用酒精的 5 ml 刻度量筒中完全浸泡，2 小时后小心取出支架，根据量筒内酒精体积的前后变化，计算出支架孔隙率。孔隙率的计算方法为：孔隙率=（未浸

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【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08

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本文编号：2592944