新型骨組織工程類細胞外基質(zhì)復合生物材料的研究.pdf

1、近年來，有機／無機復合生物材料在骨組織工程中得到日益廣泛深入的研究，其主要用途在于修復和重建人體的硬組織，作為骨替代或骨固定材料來使用。在本課題中，生物降解性合成聚合物——聚醚酯酰胺基聚氨酯(PEEA-U)作為有機基體復合納米級羥基磷灰石(n-HA)，在溶劑澆鑄成膜的基礎上，結合靜電紡絲工藝，制備出具有不同表面拓撲結構的新型仿生細胞外基質(zhì)的有機／無機復合生物材料，并體外評價復合材料對成骨細胞生物學的影響。 本課題分為4個部分：

2、 1．納米羥基磷灰石／聚醚酯酰胺基聚氨酯復合材料的制備及表征水熱合成的n-HA作為無機相與PEEA-U按不同比例混合，經(jīng)溶液共混澆鑄首先制得n-HA／PEEA-U復合膜，由TEM表征n-HA的分散狀況，通過SEM觀察材料的微觀形貌，XRD、FTIR表征其化學成分及物相組成，拉伸實驗測定膜材料的機械力學性能。結果表明，n-HA晶體呈短棒狀，尺寸近似于自然硬組織中針晶尺寸，且較均勻地分散于有機基體中。復合材料物相分析，除了PEEA-U

3、和n-HA的主要衍射峰和特征吸收峰而外，還出現(xiàn)新峰，同時，復合材料的力學性能隨無機粒子的加入而提高。表明n—HA與PEEA-U之間既有化學鍵合又有分子間的相互作用，可在二者之間形成良好的界面結合，使復合材料能更好地傳遞外應力，達到既增強又增韌的目的，使材料性能得以改善。提示n-HA與PEEA-U兩相復合制備無機／有機生物材料具有可行性，為材料的進一步開發(fā)與利用奠定了實驗基礎。 2．n-HA／PEEA-U復合材料的體外生物相容性評

4、價 采用n-HA／PEEA-U復合材料的浸提液培養(yǎng)SD乳鼠顱蓋骨成骨細胞，用體外細胞毒性實驗來評價復合材料的生物相容性。細胞生長抑制法(MTT法)結果顯示，實驗組的MTT值之間及它們與對照組間無顯著性差異，實驗組的細胞相對增殖率在92％～106％，材料的細胞毒性評價為0～l級，表明nHA／PEEA-U浸提液對成骨細胞的生長無不良影響。使用流式細胞儀分析材料浸提液對細胞增殖周期DNA合成及細胞調(diào)亡的影響，結果顯不：nHA／PEEA

5、-U浸提液對成骨細胞的細胞周期影響不大，細胞周期各亞期組成比及調(diào)亡率無顯著性差異。對成骨細胞ALP的表達進行檢測，結果表明實驗組ALP表達量與對照組相比無顯著性差異，nHA／PEEA-U對成骨細胞功能酶的表達無不良影響。表明PEEA-U及HA／PEEA-U材料具有成骨細胞相容性，可用于進一步的生物學實驗，作為新型生物相容性材料具有可行性。 3．靜電紡絲法制備n-HA／PEEA-U超細纖維支架的成絲工藝初探 靜電紡絲法是近

6、年來備受關注的紡織工業(yè)中制造聚合物超細纖維的方法，生物高分子材料可通過電紡制備出支架材料并應用于組織工程的研究中。本實驗通過對PEEA-U的電紡工藝初探發(fā)現(xiàn)，在眾多的過程參數(shù)中，溶液性質(zhì)如溶液濃度，溶劑比例是最主要的影響因素，溶液性質(zhì)的改變將導致明顯的電紡產(chǎn)物的形貌改變。在其后的n-HA／PEEA-U無機／有機共混體系的電紡過程中，著重考察了加入的n-HA、溶液濃度和施加電壓幾個重要參數(shù)對n-HA／PEEA-U無機／有機共混體系的電紡產(chǎn)

7、物形貌的影響。結果顯示，電紡液的粘度是所有過程參數(shù)中的最重要影響因素，溶液濃度提高或加入n-HA，均可提高電紡液的粘度和可紡性。在可紡范圍內(nèi)，溶液濃度，加入的n-HA的量均與纖維直徑成正相關。施加電壓是影響纖維形貌的又一參數(shù)，隨電壓增大，纖維直徑減小，但影響不太顯著。在可紡范圍內(nèi)，成功制備出新型的n-HA／PEEA-U無機／有機電紡纖維復合材料，纖維直徑可達到微米，亞微米甚至納米級，構建出具有很大比表面積的三維網(wǎng)狀結構，n-HA通過獨特

8、電紡方式分布于有機纖維基體中而達到均質(zhì)。從而從成分和結構上較大程度地體現(xiàn)了對天然硬組織的仿生設計，為研制骨組織工程仿生細胞外基質(zhì)(ECMs)材料提供了新思路。 4．n-HA／PEEA-U電紡纖維支架材料對成骨細胞生物學的影響 將溶劑澆鑄(CF)和靜電紡絲法(EF)制備的兩種不同形貌的n-HA／PEEA-U復合材料與成骨細胞共培養(yǎng)，通過掃描電鏡，H&E染色及免疫熒光等手段觀察細胞在復合材料上的生長情況。結果表明，成骨細胞均

9、能在材料表面粘附，生長，但形貌有異。在相對平整的CF材料上，細胞鋪展良好，呈現(xiàn)二維生長方式；在相對粗糙的EF材料上，細胞形貌更立體，呈現(xiàn)三維生長方式。用MTT法檢測細胞在材料上的生長，增殖狀況，結果表明，CF材料更利于細胞的粘附與增殖。通過ALP測定細胞的分化功能狀況發(fā)現(xiàn)，雖然EF材料上細胞增殖率略低于CF材料，但其細胞功能表達更活躍，表明EF仿生材料有利于細胞的成骨功能。實驗結果顯示，細胞與生物材料間的反應和材料表面性能有密切關系，其