负载掺锶纳米羟基磷灰石的原位水凝胶在骨组织工程中的应用

发布时间：2020-04-26 19:44

【摘要】：实验目的:基于生物材料的骨组织工程技术通过提供成骨支架,细胞和生长因子有望促进骨缺损的再生修复。水凝胶因其具有良好的生物相容性,多被用为骨组织工程的临时支架。但水凝胶较低的机械强度限制了它的临床应用。为了解决这一问题,学者们试图将多种矿物颗粒加入到水凝胶中。本研究的目的在于通过掺入锶替代的纳米羟基磷灰石合成一种新型原位水凝胶,在提高水凝胶机械性能的同时,增强材料的成骨诱导特性。实验方法:1.通过共沉淀法合成不同锶替代率(0%,50%,100%)的纳米羟基磷灰石(Strontium substituted nanohydroxyapatite,Sr-nHA),分别表示为:nHA、Sr50nHA、Sr1OOnHA。通过席夫碱反应合成单纯水凝胶和含不同Sr-nHA的原位水凝胶,分别表示为:CDH、nHA/CDH、Sr50nHA/CDH、SrlOOnHA/CDH。2.对材料进行傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared,FTIR)检测,X射线衍射(X-ray diffractometer,XRD)检测和扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)观察以证明 Sr-nHA的成功合成及完整掺入到水凝胶支架中。3.观察新合成水凝胶的物理性能,包括溶胀性能,降解性能,凝胶时间及流变学性能。4.通过与材料共培养MC3T3-E1细胞,确定材料是否能够促进前成骨细胞增殖及成骨分化。5.建立大鼠颅骨缺损模型,通过micro CT及HE染色结果评价材料的体内成骨效果。实验结果:1.FTIR图像表明,Sr-nHA及含有Sr-nHA的水凝胶峰值图像接近,水凝胶中磷酸根特征峰的出现提示Sr-nHA的成功掺入。XRD图像证实合成的物质为结晶度比较好的Sr-nHA。其中Sr1OOnHA/CDH的结晶度最好,Sr50nHA/CDH的结晶度较差。2.扫描电镜图像可见复合支架显示出典型的三维多孔结构,CDH孔壁表面光滑;Sr-nHA/CDH孔壁表面粗糙,有纳米粒子分散其上,可见少量纳米粒子团聚。3.溶胀实验及降解实验均表明Sr-nHA/CDH 比单纯的CDH水凝胶拥有更好的溶胀性能及降解性能。但是三种Sr-nHA/CDH水凝胶之间没有明显的差异。成胶时间测定结果提示,纳米粒子的掺入显著缩短凝胶时间;流变学结果说明,Sr-nHA/CDH与CDH相比,拥有更好的机械性能。4.体外细胞共培养结果提示,Sr-nHA能够促进MC3T3-E1细胞增殖。增强早期成骨分化指标ALP活性。成骨基因检测结果证实Sr-nHA在成骨分化的早期和晚期均能促进成骨分化,Sr100nHA/CDH尤其在成骨分化的晚期具有更好的成骨诱导能力。5.体内大鼠颅骨缺损模型中,micro CT及HE染色结果证实,在手术后的4周及8周,Sr100nHA/CDH相比于CDH、nHA/CDH、Sr50nHA/CDH,有更好的骨缺损修复能力。结论:本实验合成的Sr-nHA/CDH是一种具有良好的生物相容性、生物降解性、生物矿化性的原位水凝胶。综合材料表征及物理性能检测、体内外成骨性能检测结果,认为制得的Sr100nHA/CDH是更好的骨替代材料。
【图文】：

水凝胶,材料表征,制备方法

（ａ）邋ＨＰＣＳ逦（ｂ）邋Ｄｅｘ－ＦＡ逡逑图２．邋１邋ＨＰＣＳ和Ｄｅｘ－ＦＡ的化学式逡逑参照先前的研宄，使用ＨＰＣＳ和Ｄｅｘ－ＦＡ合成原位水凝胶［３２Ｌ具逡逑体如下，将每种聚合物用去离子水溶解，得到４％邋（ｗ／ｖ）溶液。以１：逡逑１的体积比混合ＨＰＣＳ和Ｄｅｘ－ＦＡ溶液合成ＨＰＣＳ／Ｄｅｘ－ＦＡ水凝胶逡逑（ＣＤＨ）。若要掺入Ｓｒ－ｎＨＡ，需将不同的纳米颗粒添加至ｌｊＤｅｘ－ＦＡ溶逡逑液中，再与ＨＰＣＳ溶液混合。该反应在超声波振动下进行，以确保Ｓｒ－逡逑ｎＨＡ的均匀分散。Ｓｒ－ｎＨＡ溶液的最终浓度设定为６％邋（ｗ／ｖ），，因为逡逑先前的研究己经证明以该比例掺入的ｎＨＡ拥有最佳的机械性能并且逡逑可原位形成稳定的水凝胶支架「３３，３４１。含Ｓｒ－ｎＨＡ溶液的试管倒置３０ｓ逡逑内，混合物不流动，认为己形成水凝胶。单纯的水凝胶，掺ｎＨＡ，逡逑Ｓｒ５０ｎＨＡ和ＳｒｌＯＯｎＨＡ的水凝胶分别被称为ＣＤＨ

谱图,波数,谱图,实验结果

第３章邋实验结果逡逑（Ａ）｜邋Ｓｒ１００ｎＨＡ／ＣＤＨ逡逑ＳｒＳＯｎＳ＾＾Ｈ逦ｆ逦八邋／逡逑§邋ｓ—逡逑３５６５’、＜？＾逦１４５８＾＾ｌＭ＾２ｊＪ逡逑１０３２＾＇邋６0／＾５６４逡逑４５００逦４０００逦３５００逦３０００逦２５００逦２０００逦１５００逦１０００逦５００逡逑波数（ｃｍ１）逡逑
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08;R68

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