微纳平行纤维支架与肌腱干/祖细胞促进肌腱再生的研究

发布时间：2021-10-15 14:49

　　肌腱损伤占运动损伤的50%,因其自我修复能力差,而成为矫形外科手术领域公认的难题。目前临床上已有多种策略来改善肌腱修复,虽有一点疗效,但修复后的肌腱力学性能差,易发生反复断裂,因此寻找肌腱再生修复的新方法具有重要临床意义。近年,随着干细胞和组织工程的发展,肌腱组织工程被认为是最具前景的策略之一,而支架提供的物理微环境可以调控细胞的行为和命运,所以支架成为组织工程研究的重要内容。具有平行拓扑结构的基质由于其模拟了肌腱组织细胞外基质独特的生理学结构,即平行排列的胶原纤维,故可诱导干细胞向腱系分化。但肌腱同时还具有多级（多尺度）生理结构,且纤维直径大小也被证明会影响细胞粘附、增殖和分化等行为,目前单一尺度的纤维支架在仿生上尚存在一定差异,因而可能导致修复效果不佳。基于以上背景,我们通过模拟肌腱的超微结构,设计了具有各向异性和多尺度的仿生微纳平行PLLA-PEO纤维支架用于肌腱组织工程修复。稳定射流的静电纺丝（Stable Jet Electrospinning,SJES）技术可以连续制备得到各向异性的平行纤维支架,且改变其中的参数可以调节纤维的尺度,因此可以制备得到具有各向异性和多尺度的微纳... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

肌腱分级结构[6]

微纳平行纤维支架与肌腱干/祖细胞促进肌腱再生的研究2图1.1肌腱分级结构[6]成束的纤维通过称为腱内膜（Endotenon）的疏松结缔组织薄层结合在一起，形成纤维束（Fiberbundle，20μm~200μm），这使得纤维束以几乎无摩擦的方式相互滑动；它们还可以将血管，神经和淋巴管带到肌腱的较深部分[9]。纤维束通过腱外膜（Epitenon）包裹形成肌腱单元（Tendonunit，500μm）。总之，这种复杂的三维内部超微结构赋予了肌腱高强度和粘弹性，同时也防止肌腱在机械应力作用下的损伤和断裂。图1.2肌腱纤丝电镜图（A）和直径分布图（B）[10]肌腱的细胞外基质（ECM）主要由胶原蛋白、蛋白聚糖和弹性蛋白等组成。胶原纤维的主要作用是抵抗张力，而蛋白多糖主要负责肌腱的粘弹性[6]。Ⅰ型胶原蛋白是ECM中最为丰富的胶原分子，占肌腱组织干重约60%，胶原蛋白总量约95%[11]，因此Ⅰ型胶原蛋白的含量是评估肌腱再生水平的重要指标。除胶原纤维外，肌腱ECM还由许多其他的成分组成，其中包括弹性纤维、基质和一些无机成分。

微纳平行纤维支架与肌腱干/祖细胞促进肌腱再生的研究8图1.3有序（滚轴）和无序（金属板）纤维的制备示意图[36]静电纺丝技术最重要的优势之一包括：通过调节静电纺丝参数制备纳米到微米级别的平行纤维，其具有多孔结构和较大的比表面积，这些特性与组织ECM结构类似[68]。通过组合改变参数就能获得具有不同尺度的纤维，这些不同尺度的纤维拥有不同的机械性能或者生物功能，改变关键工艺参数相对简单也是这项技术吸引了众多关注的原因之一[62，69]。因此，在制备较为复杂的3D结构时须严格遵守这些参数，以保证纤维结构和细胞行为的稳定性。进入21世纪后，随着纳米技术的不断发展，静电纺丝技术也得到了飞速的发展，纳米材料随之诞生，纳米纤维开始应用到肌腱修复当中，纳米纤维也表现出肌腱修复能力，诱导细胞表达肌腱相关蛋白和因子。因此静电纺丝纤维是组织工程（TissueEngineering）支架中最具有前景的细胞支架之一，因为它能够模拟天然条件下的ECM环境。静电纺丝技术能根据需要修复的组织不同，制造具有不同特性的纤维。通过制备无序的纤维膜来模拟骨的ECM微环境，然而有序的纤维可以用于模拟肌腱[8]、眼角膜[70]、肌肉[71]、皮肤[72]、神经[73]等具有有序的ECM微环境的组织中。肌腱组织工程的研究中，平行纤维支架已被证明具有良好的促细胞腱系分化以及肌腱修复的生物学功能，这可能是由于肌腱组织具有平行排列的生理学特征，但这些研究大都集中在单一尺度上，同时肌腱组织具有多尺度和双峰性的超微结构，基于微米纤维和纳米纤维具有不同的生物学功能，具有多尺度的平行纤维支架是否具有更强的促肌腱再生的生物学功能尚不清楚。1.6课题的提出及研究内容纤维支架材料在组织工程中具有广泛的应用，其中在皮肤、神经、肌肉和肌腱组织工


本文编号：3438156