基于细菌纤维素组织工程支架的构建、表征与生物相容性评价

发布时间：2020-11-09 05:37

　　 细菌纤维素(BC)是由葡糖醋杆菌属分泌的纤维素纳米纤维,其内部网络结构精细发达。因其具有独特的多层次精细微纳结构,故它对液体和气体的透过率高,并且具有高结晶度、聚合度的特性以及良好的机械性能,同时吸水性和保水性能优异,在湿态下可进行原位加工成型。以上优异的综合性能使细菌纤维素应用于特殊领域,尤其作为医用支架材料。本文旨在描述利用细菌纤维素生成过程中葡糖醋杆菌运动的可控性,生物合成了平面、管式及图案化的的细菌纤维素组织工程支架,并分析其理化性质,同时还通过细胞和动物实验评价了其生物相容性及生物安全性。综上结果表明细菌纤维素作为生物医用材料在组织工程领域具有良好的应用前景。 首先,使用葡糖醋杆菌作为细菌纤维素合成的功能菌种。利用葡糖醋杆菌好氧性的特性,采用锥形瓶、PDMS管式模具和图案化琼脂糖三种模具,通过对氧气供应、宏观表观外形和有序微观结构的控制,成功获得了平面、管式及图案化的纳米纤维素材料。结果表明模板可有效调控葡糖醋杆菌分泌纳米纤维素的方向和织态结构,并可原位合成复杂形状的细菌纤维素材料。然后,我们进一步分析了三种培养方式获得的细菌纤维素的理化性质。傅立叶红外检测的结果表明,合成的平面细菌纤维素有着C=O、C-H、O-H等特征峰；X衍射结果得到16°和22.75°的衍射特征峰,它们也代表了平面细菌纤维素的Ⅰ型晶型结构；通过热失重分析表明平面细菌纤维素在体内37℃的环境中能保持足够稳定；力学测试证实管式细菌纤维素的弹性模量可达3.94±0.12MPa,与实体血管相当；此外,通过原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)得到的结果表明图案化细菌纤维素纤维的取向具有诱导细胞生长的趋向。 最后,我们对以上三种培养方式的到的细菌纤维素进行生物相容性分析。通过血液相容性测试,平面细菌纤维素的体外动态凝血时间大于60分钟,溶血率小于1%,可以初步判断材料具有较佳的血液相容性；通过骨、血管、神经和肠组织工程的种子细胞,在平面细菌纤维素(种植人脂肪干细胞)、管式细菌纤维素(种植人血管内皮细胞、人血管平滑肌细胞和人血管成纤维细胞)和图案化细菌纤维素(种植鼠肠道神经元细胞和鼠肠道平滑肌细胞、鼠大脑神经元细胞)上贴壁粘附生长情况的CCK-8增殖测试发现各类细胞可以在细菌纤维素表面完成完整的生长周期。在对各类细胞的特异性染色观察中,各类细胞标志物均在细菌纤维素表面有阳性表现,表明细菌纤维素对细胞的粘附、增殖和迁移有着一定的引导作用；另外,通过动物实验发现细菌纤维素在动物体内不会引起动物的免疫反应,且表现出对缺损器官良好的修复辅助性能。 基于细菌纤维素的组织工程支架材料,通过模具可设计和制备不同形状的材料,并可调控纤维素纤维的织态结构。同时材料具有高结晶度,良好的热稳定性和机械性能,尤其是在细胞和个体的评价上,细菌纤维素展现出良好的生物相容性,作为一种新型生物医用材料在组织工程领域具有良好的应用前景。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：R318.08
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 生物医用材料研究进展
    1.2 细菌纤维素研究进展
    1.3 人工骨、血管、肠道和神经研究进展
    1.4 微纳及软蚀刻技术研究进展
    1.5 本文的主要研究内容
2 细菌纤维素的制备
    2.1 引言
    2.2 实验材料与仪器
    2.3 实验步骤
    2.4 实验结果与讨论
    2.5 本章小结
3 细菌纤维素的理化表征
    3.1 引言
    3.2 实验材料与仪器
    3.3 实验步骤
    3.4 实验结果与讨论
    3.5 本章小结
4 细菌纤维素生物相容性评价
    4.1 引言
    4.2 实验材料与仪器
    4.3 实验步骤
    4.4 实验结果与讨论
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读学位期间主要研究成果
附录2 主要符号和缩略词表

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本文编号：2875971