诱导骨与血管形成的仿生性骨修复生物材料的构建及效能评估
发布时间：2021-02-25 16:57
各种病因导致的大段骨缺损一直是临床治疗的难点。应用组织工程技术构建具生物活性的人工骨替代材料是潜在的解决办法。随着先进材料研发的不断进步,骨微环境代谢机制研究逐渐深入,构建能整合和调控不同的生物学活性,体内降解与骨再生完美匹配,重建甚至加速骨修复过程的新型骨修复材料,是当前骨组织再生研究所致力达到的目标。可生物降解的软性水凝胶支架和硬性高分子聚合物支架是目前最为常用的人工骨修复材料,但是存在生物活性差、骨修复效果不佳的问题。生理状况下骨折愈合包括一系列级联生物反应,血管侵入和骨前体细胞向成熟骨细胞的诱导分化是其中的关键环节。因此,针对骨修复过程的关键环节,通过化学修饰或者结合药用性小分子化合物,使水凝胶和高分子支架具有骨诱导活性和血管诱生活性,能够极大推进骨修复材料的临床转化。目的构建具有骨诱导活性和血管化活性的软性水凝胶和硬性高分子聚酯类骨修复支架,通过体外实验探究其骨诱导和血管诱导的有效性和机制,并应用不同的疾病模型验证其骨修复效果。方法（1）基于多肽小分子（NapFFRGD）自组装协同诱导蚕丝蛋白（silk fibroin,SF）快速凝胶化技术,构建新型的含有RGD官能团的可注射...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SF-RGD水凝胶的构建及其递送干细胞进行骨修复示意图。
我们发现在生理条件下(pH=7.4,37℃),浓度为2%的蚕丝蛋白形成稳定的凝胶需要至少7天的时间;酸性环境可加速凝胶化进程,也至少需要36小时的时间,且形成的酸性凝胶并不能直接进行生物学应用。当加入小分子多肽NapFFRGD(1.0 wt%)之后,蚕丝蛋白形成稳定凝胶的时间缩短至20分钟,说明单纯的丝蛋白凝胶化的性能较弱,NapFFRGD小分子多肽能够显著的缩短蚕丝蛋白的凝胶化时间(图2)。为了研究引入NapFFRGD后的蚕丝蛋白形成水凝胶的力学性质,我们分别对两种凝胶进行了流变力学检测以及可注射性测试,结果表明:含NapFFRGD小分子多肽的蚕丝蛋白凝胶具有更好的粘弹性(G’=6679 Pa,G’’=1742 Pa),高于单纯的蚕丝蛋白在pH=7.4条件下(e.g.,G’=2875 Pa,G’’=396 Pa)和pH=4.0条件下(e.g.,G’=4457Pa,G’’=621 Pa)形成的凝胶。表明NapFFRGD小分子多肽,在缩短丝蛋白的凝胶化时间的同时,还增强了丝蛋白凝胶的机械力学性能。为了检测凝胶的稳定性,我们用注射器将制备成功的凝胶从样品瓶内抽出,然后再次注射观察能否继续保持凝胶的状态。因此,加入NapFFRGD后形成的蚕丝蛋白形成水凝胶在注射后能够继续保持凝胶的状态(图3)。
为了研究引入NapFFRGD后的蚕丝蛋白形成水凝胶的力学性质,我们分别对两种凝胶进行了流变力学检测以及可注射性测试,结果表明:含NapFFRGD小分子多肽的蚕丝蛋白凝胶具有更好的粘弹性(G’=6679 Pa,G’’=1742 Pa),高于单纯的蚕丝蛋白在pH=7.4条件下(e.g.,G’=2875 Pa,G’’=396 Pa)和pH=4.0条件下(e.g.,G’=4457Pa,G’’=621 Pa)形成的凝胶。表明NapFFRGD小分子多肽,在缩短丝蛋白的凝胶化时间的同时,还增强了丝蛋白凝胶的机械力学性能。为了检测凝胶的稳定性,我们用注射器将制备成功的凝胶从样品瓶内抽出,然后再次注射观察能否继续保持凝胶的状态。因此,加入NapFFRGD后形成的蚕丝蛋白形成水凝胶在注射后能够继续保持凝胶的状态(图3)。透射电镜(TEM)观察凝胶内部超微结构(图4a)的结果显示,凝胶纤维束由不同粗细的纳米纤维杂合在一起,可见由多肽小分子NapFFRGD自组装形成的较细的纤维(直径约7-14 nm)和由蚕丝蛋白组装形成的较粗的纤维束(直径32-123 nm)。扫描电镜观察凝胶表面结构(图4b),显示凝胶具有三维疏松多孔结构,孔径约在35.7-125.5?m之间。表明NapFFRGD不仅可在蚕丝蛋白溶液中实现自组装,而且可有效的诱导蚕丝蛋白凝胶化,形成利于细胞黏附和物质交换的高度疏松多孔状的结构。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent biological trends in management of fracture non-union[J]. Khaled M Emara,Ramy Ahmed Diab,Ahmed Khaled Emara. World Journal of Orthopedics. 2015(08)
[2]低氧诱导因子-1α在绝经后骨质疏松中调控作用的实验研究[J]. 刘晓东,邓廉夫,王君,齐进,周琦,王晋申,魏立,朱雅萍,Clemens TL. 中华外科杂志. 2007(18)
[3]骨系细胞的低氧感应及其机制[J]. 刘晓东,邓廉夫. 中华骨科杂志. 2007 (02)
本文编号：3051273
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SF-RGD水凝胶的构建及其递送干细胞进行骨修复示意图。
我们发现在生理条件下(pH=7.4,37℃),浓度为2%的蚕丝蛋白形成稳定的凝胶需要至少7天的时间;酸性环境可加速凝胶化进程,也至少需要36小时的时间,且形成的酸性凝胶并不能直接进行生物学应用。当加入小分子多肽NapFFRGD(1.0 wt%)之后,蚕丝蛋白形成稳定凝胶的时间缩短至20分钟,说明单纯的丝蛋白凝胶化的性能较弱,NapFFRGD小分子多肽能够显著的缩短蚕丝蛋白的凝胶化时间(图2)。为了研究引入NapFFRGD后的蚕丝蛋白形成水凝胶的力学性质,我们分别对两种凝胶进行了流变力学检测以及可注射性测试,结果表明:含NapFFRGD小分子多肽的蚕丝蛋白凝胶具有更好的粘弹性(G’=6679 Pa,G’’=1742 Pa),高于单纯的蚕丝蛋白在pH=7.4条件下(e.g.,G’=2875 Pa,G’’=396 Pa)和pH=4.0条件下(e.g.,G’=4457Pa,G’’=621 Pa)形成的凝胶。表明NapFFRGD小分子多肽,在缩短丝蛋白的凝胶化时间的同时,还增强了丝蛋白凝胶的机械力学性能。为了检测凝胶的稳定性,我们用注射器将制备成功的凝胶从样品瓶内抽出,然后再次注射观察能否继续保持凝胶的状态。因此,加入NapFFRGD后形成的蚕丝蛋白形成水凝胶在注射后能够继续保持凝胶的状态(图3)。
为了研究引入NapFFRGD后的蚕丝蛋白形成水凝胶的力学性质,我们分别对两种凝胶进行了流变力学检测以及可注射性测试,结果表明:含NapFFRGD小分子多肽的蚕丝蛋白凝胶具有更好的粘弹性(G’=6679 Pa,G’’=1742 Pa),高于单纯的蚕丝蛋白在pH=7.4条件下(e.g.,G’=2875 Pa,G’’=396 Pa)和pH=4.0条件下(e.g.,G’=4457Pa,G’’=621 Pa)形成的凝胶。表明NapFFRGD小分子多肽,在缩短丝蛋白的凝胶化时间的同时,还增强了丝蛋白凝胶的机械力学性能。为了检测凝胶的稳定性,我们用注射器将制备成功的凝胶从样品瓶内抽出,然后再次注射观察能否继续保持凝胶的状态。因此,加入NapFFRGD后形成的蚕丝蛋白形成水凝胶在注射后能够继续保持凝胶的状态(图3)。透射电镜(TEM)观察凝胶内部超微结构(图4a)的结果显示,凝胶纤维束由不同粗细的纳米纤维杂合在一起,可见由多肽小分子NapFFRGD自组装形成的较细的纤维(直径约7-14 nm)和由蚕丝蛋白组装形成的较粗的纤维束(直径32-123 nm)。扫描电镜观察凝胶表面结构(图4b),显示凝胶具有三维疏松多孔结构,孔径约在35.7-125.5?m之间。表明NapFFRGD不仅可在蚕丝蛋白溶液中实现自组装,而且可有效的诱导蚕丝蛋白凝胶化,形成利于细胞黏附和物质交换的高度疏松多孔状的结构。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent biological trends in management of fracture non-union[J]. Khaled M Emara,Ramy Ahmed Diab,Ahmed Khaled Emara. World Journal of Orthopedics. 2015(08)
[2]低氧诱导因子-1α在绝经后骨质疏松中调控作用的实验研究[J]. 刘晓东,邓廉夫,王君,齐进,周琦,王晋申,魏立,朱雅萍,Clemens TL. 中华外科杂志. 2007(18)
[3]骨系细胞的低氧感应及其机制[J]. 刘晓东,邓廉夫. 中华骨科杂志. 2007 (02)
本文编号：3051273
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