3D多孔骨组织工程支架的制备及性能研究

发布时间：2020-05-22 16:01

【摘要】：骨组织工程是采用生物学和工程学的原理和方法,研制具有修复骨缺损能力的骨替代物的一门科学。骨组织工程的研究和发展弥补了临床上传统骨移植物供应的不足,为修复骨缺损提供了新的途径。其中,三维多孔支架是组织工程骨的重要组成部分,起到力学支撑、引导细胞黏附、促进细胞和代谢物质运输的作用。生物可降解的复合材料支架由于其良好的生物降解性、生物相容性、合适的机械性能以及孔结构与松质骨相似,在人骨缺损修复方面得到了广泛研究。但由于早期骨组织工程理论和复合支架制备技术等尚不成熟,现有的骨修复支架或多或少地存在不满足临床应用的方面,其中尤为突出的是:力学性能不足,无法满足承力骨修复的要求;降解速率难调控,支架的生物降解速度与新骨替代生成速度不一致;细胞活性缺失,为了确保力学性能满足要求,单一地使用合成聚合物作为支架基质材料存在缺少细胞识别位点的问题。针对上述的问题,本文通过改良的方法制备了三种骨支架,对其结构和有关性能进行了详细的表征和测试,并进一步对这些问题进行了阐述。(1)聚乳酸/乙基纤维素/羟基磷灰石(PLA/EC/HA)复合支架的制备及其力学性能研究。支架的力学性能不足将导致应用过程中过早失效。本章采用高浓度溶剂浇铸、粒子沥滤和室温压缩成型相结合的方法制备了PLA/EC/HA复合支架。PLA和EC作为基质,加入EC目的是改善PLA的亲水性和力学性能。HA作为天然骨的主要成分,已经被证明具有良好的生物相容性和骨传导性,对于骨缺损修复具有重要作用。热性能测试、接触角和吸水率测试、以及体外降解测试均表明复合支架具有良好的热稳定性、亲水性和降解性能。更重要的是,微观形貌观察和力学测试表明,高浓度溶剂浇铸和室温压缩成型过程使得支架具有致密、稳定的三维结构,提升了支架的压缩性能。压缩性能最佳的P8H2复合支架的抗压强度达到1.57±0.09 MPa,达到了松质骨抗压强度的范围,满足了临床应用对承力骨支架力学性能的要求。(2)聚乳酸/木质纤维素/羟基磷灰石/58S生物活性玻璃(PLA/LG/HA/BG)复合支架的制备及其降解性能研究。如何简单有效地调控支架的降解速率一直是骨组织工程领域的研究难点。本章通过溶剂浇铸/粒子沥滤和溶胶-凝胶法相结合的简单工艺制备了PLA/LG/HA/BG复合支架。以PLA为基体,HA和LG分别用作零维增强剂和一维增强剂,HA和BG赋予支架生物活性,通过简单调节BG的含量实现支架的可控降解。对P1B0、P20B1和P10B1复合支架的结构、力学性能及表面生物活性进行了检测与分析,体外降解测试对制备的骨支架的降解速率进行了评价。结果表明:骨支架具有良好的力学性能,压缩性能最佳的P20B1复合支架的抗压强度达到1.76±0.15 MPa;在SBF中诱导类骨磷灰石沉积;随着BG含量的增加,支架的降解速率逐步加快。理论上,通过控制植入缺损部位的复合支架的降解速率,使之与新骨生长速率匹配,可以实现骨重建。本章节研制出了具有三维多孔结构、适于新骨生长的孔径、优良的力学性能、可控降解速率以及表面生物活性好的骨组织工程支架。(3)聚己内酯/58S生物活性玻璃-海藻酸钠/明胶(PCL/BG-SA/Gel)支架的制备及其细胞相容性研究。天然-合成材料复合物能够结合天然高分子材料的优良的细胞活性和合成高分子材料的杰出的力学性能,具有单一聚合物所不具备的独特性能。本章选取天然材料中的海藻酸钠和明胶、无机材料中的生物活性玻璃以及人工合成材料中的聚己内酯,采用改良的熔融铸模法制备了PCL/BG-SA/Gel支架。由于在材料选择上采用了含有细胞识别位点(Arg-Gly-Asp(RGD)序列)的明胶,理论上,这种复合支架将更有利于细胞黏附。复合支架的主体部分仍然是PCL/BG复合物,力学性能测试证明这种复合支架具有优良的压缩性能,压缩性能最佳的HS-3复合支架的抗压强度达到1.44±0.02 MPa,满足修复松质骨缺损的要求。采用简单的注射器逐滴滴加的方法制备了SA/Gel复合微球,并将它用作致孔剂,与熔融铸模法结合制备多孔支架,这种新型的天然-合成材料复合物制备技术证明是一种简单、可行的方法,对进一步开发天然-合成材料复合物具有启发意义。
【图文】：

骨缺损

图 1-1 骨组织工程支架修复骨缺损Fig. 1-1 The process of bone defect repair by bone tissue engineering scaffold1.1.2 骨组织工程支架的性能要求

抗压强度,生物矿化,磷灰石

图 2-1 抗压强度Fig. 2-1 Compressive strength2.3.6 体外生物矿化测试为了评估多孔支架（Ф 11.5 ×2 mm）体外形成磷灰石的能力，，根据以前的报
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08

【参考文献】