聚乳酸基纳米纤维仿生骨组织工程支架的构建与成骨性能研究

发布时间：2020-04-23 07:26

【摘要】：在组织工程中,支架作为细胞生长和分化的载体,其作用非常重要。为了使细胞能够在整个支架中生长,并且保证营养物质能顺利进入支架和及时排出代谢废物,支架的结构参数,如孔径(通常范围从50μm到1000μm),孔隙形状和孔隙率必须加以控制。对于骨组织工程支架而言,一般认为较适合的孔径是200μm到400μm。此外,由纳米纤维结构构成的多孔支架可以模仿胶原纤维(直径50 nm到500 nm)等天然ECM组分的微纳结构,能够促进细胞在支架表面的粘附、增殖和分化。本研究在传统热致相分离技术的基础上,发明浊点热致相分离法(CP-TIPS),在PLLA/二氧六环/H_2O三元体系中,一步制备出了孔径为300μm~400μm,同时具有纳米纤维结构的PLLA多孔支架。详细考察了传统热致相分离法与浊点热致相分离法对PLLA多孔支架表面形貌、相转变、结晶行为、晶体结构、分子链构象与排列的影响和变化趋势。发现同样的高水含量(14%)条件下,传统热致相分离法制得的多孔支架中PLLA以片状α-型晶体为主,浊点热致相分离法会使PLLA在相分离过程中的结晶方式发生转变,结晶以α′-型晶体为主,支架孔壁保持纳米纤维结构。随后利用CP-TIPS法制备的PLLA多孔支架在溶胀后具有良好弹性和韧性的特点,通过机械挤压的方式,将较高浓度的粘稠壳聚糖(CS)醋酸水溶液(最高可达3%w/v)吸入多孔支架内部,对PLLA进行表面改性。详细表征了PLLA/CS支架的形貌、力学性能、吸水能力及体外降解性能,研究了mBMSCs细胞在不同壳聚糖含量的支架内的成骨分化能力,并使用大鼠颅骨临界缺损模型评价PLLA/CS支架的骨修复性能。研究结果表明壳聚糖的加入大幅改善了支架的亲水性、机械性能、体外降解过程中pH稳定性能。mBMSCs细胞在PLLA/CS支架显示出了更好的增殖以及成骨分化性能。在体内实验中,PLLA/CS支架显著促进了缺损处新骨组织的形成。此外还利用热致相分离法制备了具有开放孔结构的PLLA/卵磷脂支架,并研究了卵磷脂的加入对PLLA支架的形貌、结晶性能、亲疏水性、细胞相容性以及成骨性能的影响。卵磷脂的加入降低了支架中PLLA的结晶度,并大幅提升了PLLA支架的亲水性。通过mBMSCs细胞在支架表面的增殖和分化实验,以及大鼠颅骨临界缺损修复实验说明,适当卵磷脂的加入能促进细胞在支架上的增殖,提升细胞的成骨分化能力和支架的骨修复性能。理想的骨组织工程支架一方面要求较高的孔隙率,以保证细胞在支架中的生长、新组织的发育和血管化等功能的实现。同时又希望支架能有一定的机械强度,能够保持自身形状的同时,还能部分恢复骨组织的功能。但是在实际支架制备和设计过程中,在要求大孔径和高孔隙率的情况下与追求较强机械性能是互相矛盾的。如何解决支架高孔隙率与高机械性能之间的矛盾一直都是组织工程中的难点。本研究进一步通过模仿人体骨组织中松质骨和密质骨的结构,利用热致相分离法制备了具有内外双层结构的仿骨组织PLLA多孔支架,以解决高孔隙率与机械性能之间的矛盾。仿骨组织双层支架呈圆柱形,由内外两种不同结构和成分的PLLA支架构成。外层使用高浓度(大于10%w/v)PLLA溶液制备而成,为支架提供良好的机械性能;内层使用低浓度(小于4%w/v)PLLA溶液制备成具有大孔结构的支架,为细胞和新组织的生长提供空间。详细研究了支架双层结构的制备及影响因素;采用不同的热致相分离法构建内层多孔纳米纤维支架,采用传统热致相分离法构建外层致密纳米纤维支架,同时通过在外层复合羟基磷灰石,内层复合壳聚糖或卵磷脂,成功获得多种具有复杂结构和化学成分的PLLA多孔支架;初步探究了双层结构对mBMSCs细胞在支架内部增殖的影响。
【图文】：

图 1-1 组织工程基本方法示意图-1 Schematic diagram of basic method for tissue enginee架及支架材料

图 1-2 聚乳酸的分子结构式Figure 1-2 Polylactides formulae，相对于其他聚合物能够耐受较高的温右，熔点( Tm)为 170 ℃，， 起始失重温
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08

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本文编号：2637499