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新型电活性可降解纳米复合骨修复材料的制备及生物活性研究

2020-12-07阅读(345)

新型电活性可降解纳米复合骨修复材料的制备及生物活性研究

论文摘要

羟基磷灰石（HA）是人体骨组织和牙齿的主要无机成分,人工合成的HA由于其成分和结构与骨骼相似,且与骨组织具有很强的键合能力,在骨科具有广泛的应用前景。聚（乳酸-乙醇酸）（PLGA）是已被FDA许可应用于临床的生物可降解高分子材料。将纳米化HA（n-HA）与PLGA复合可以显著提高PLGA的力学强度和成骨性能,因而成为近年来的研究热点。为改善纳米粒子的分散性,本研究采用低聚乳酸表面接枝改性的n-HA（op-HA）,与PLGA共混制成新型纳米复合材料op-HA/PLGA,并采用熔体模压/颗粒浸出法制备出不同孔隙率的三维组织工程支架。分析支架材料的孔隙结构特征和力学强度。通过细胞培养、流式细胞仪、Realtime-PCR评价成骨细胞在材料表面的粘附、扩展、增殖和成骨相关基因的表达情况;通过动物实验,研究支架材料对兔桡骨缺损的修复效果。探讨op-HA/PLGA的生物活性和支架材料的最佳致孔剂比例。在上述工作基础上,为进一步提高材料的生物活性和智能性,将可生物降解的导电高分子聚苯胺（PA）和聚乳酸（PLA）的嵌段共聚物（PAP）与op-HA/PLGA以一定比例复合,制备电活性可降解纳米复合骨修复材料（PAP/op-HA/PLGA）。通过细胞毒性实验、全身急性毒性实验和热原实验来评价材料的生物安全性;同时,在一定的脉冲电刺激作用下,研究该电活性材料对成骨细胞的粘附、生长和增殖能力以及成骨相关基因表达的影响;通过动物植入实验,评价支架材料对兔桡骨缺损的再生修复功能。研究结果表明,op-HA/PLGA复合材料由于掺入了HA纳米粒子,其细胞粘附、扩展和增殖能力,以及I型胶原等成骨相关基因的表达水平均明显提高;三维支架材料的力学性能和动物骨骼修复效果以85%致孔剂为最佳。电活性纳米复合材料PAP/op-HA/PLGA具有良好的生物相容性,在脉冲电刺激的作用下,明显增强成骨细胞的粘附、生长和增殖能力,促进成骨活性基因的表达;将该材料与op-HA/PLGA结合应用,在脉冲电刺激作用下,可显著提高骨骼的愈合速度和愈合质量。该新型智能材料显示了良好的骨科临床应用前景。本研究通过对op-HA/PLGA纳米复合材料和电活性PAP/op-HA/PLGA纳米复合材料的生物相容性、成骨活性和骨修复能力进行详细深入研究,为新材料的制备和临床应用提供了实验依据。

论文目录

  • 内容提要
  • 中英文缩略语
  • 第1章 绪论
  • 1.1 骨组织工程概述
  • 1.1.1 骨的生物学特性
  • 1.1.2 骨组织工程的基本原理
  • 1.2 骨组织工程材料
  • 1.2.1 医用高分子材料
  • 1.2.2 生物陶瓷材料
  • 1.2.3 复合材料
  • 1.3 组织工程支架的制备技术
  • 1.3.1 组织工程支架的基本性能
  • 1.3.2 组织工程支架的制备方法
  • 1.4 导电高分子材料
  • 1.4.1 聚苯胺
  • 1.4.2 聚吡咯
  • 1.5 电信号刺激在骨组织工程中的应用
  • 1.5.1 常用的电刺激仪
  • 1.5.2 电刺激促进骨修复的动物实验研究
  • 1.5.3 电刺激在临床骨修复中的应用
  • 1.5.4 电刺激对骨组织工程种子细胞的作用
  • 1.6 研究内容、目标及创新
  • 1.6.1 研究内容
  • 1.6.2 研究目标
  • 1.6.3 本研究创新点
  • 第2章 新型可降解高分子纳米复合骨修复材料OP-HA/PLGA的制备及性能表征
  • 引言
  • 2.1 材料和方法
  • 2.1.1 实验仪器和试剂
  • 2.1.2 新型可降解高分子纳米复合骨修复材料op-HA/PLGA 的制备
  • 2.1.3 op-HA/PLGA 的性能检测
  • 2.1.4 op-HA/PLGA 多孔材料生物力学测试
  • 2.2 结果
  • 2.2.1 新型骨修复材料op-HA/PLGA 的制备
  • 2.2.2 新型骨修复材料op-HA/PLGA 的性能
  • 2.3 讨论
  • 2.3.1 op-HA/PLGA 纳米复合材料的制备
  • 2.3.2 支架材料的制备
  • 2.4 小结
  • 第3章 新型可降解高分子纳米复合骨修复材料OP-HA/PLGA 的粘附、增殖和成骨活性的评价
  • 引言
  • 3.1 材料和方法
  • 3.1.1 实验材料
  • 3.1.2 成骨细胞的分离培养
  • 3.1.3 op-HA/PLGA 对兔成骨细胞粘附性的影响
  • 3.1.4 op-HA/PLGA 对兔成骨细胞增殖的影响
  • 3.1.5 逆转录-聚合酶链式反应（RT-PCR）检测材料对成骨细胞基因表达的影响
  • 3.1.6 材料的生物矿化能力分析
  • 3.1.7 统计学处理
  • 3.2 结果
  • 3.2.1 成骨细胞培养
  • 3.2.2 细胞粘附实验
  • 3.2.3 细胞增殖实验
  • 3.2.4 RT- PCR 检测结果
  • 3.2.5 材料的生物矿化能力分析
  • 3.3 讨论
  • 3.3.1 成骨细胞的原代培养
  • 3.3.2 材料对细胞粘附、增殖能力的影响
  • 3.3.3 材料对成骨活性的影响
  • 3.3.4 材料的生物矿化能力分析
  • 3.4 小结
  • 第4章 不同孔隙率的新型可降解高分子纳米复合骨修复材料OP-HA/PLGA的兔桡骨缺损修复实验研究
  • 引言
  • 4.1 材料方法
  • 4.1.1 主要药品、仪器和实验动物
  • 4.1.2 实验方法
  • 4.2 结果
  • 4.2.1 大体观察
  • 4.2.2 X 光片评价
  • 4.3 讨论
  • 4.3.1 兔桡骨缺损模型的建立
  • 4.3.2 多孔支架材料对骨组织代谢的影响
  • 4.3.3 不同孔隙率支架材料对骨修复的影响
  • 4.4 小结
  • 第5章 新型电活性可降解高分子纳米复合骨修复材料PAP/OP-HA/PLGA的制备
  • 引言
  • 5.1 材料和方法
  • 5.1.1 主要试剂与仪器
  • 5.1.2 PAP 嵌段共聚物的制备
  • 5.1.3 新型骨修复材料op-HA/PLGA 的制备
  • 5.1.4 PAP/op-HA/PLGA 的制备
  • 5.1.5 PAP/op-HA/PLGA 膜的制备
  • 5.1.6 PAP/op-HA/PLGA 多孔膜的制备
  • 5.1.7 PAP/op-HA/PLGA 的表征
  • 5.2 结果
  • 5.2.1 紫外可见光谱（UV-vis）分析
  • 5.2.2 循环伏安（CV）扫描
  • 5.2.3 电导率测量
  • 5.2.4 膜表面形貌
  • 5.3 讨论
  • 5.3.1 支架材料制备方法与材料的性能
  • 5.3.2 PAP/op-HA/PLGA 的电化学活性
  • 5.3.3 PAP/op-HA/PLGA 膜表面形貌
  • 5.4 小结
  • 第6章 新型电活性可降解高分子纳米复合骨修复材料PAP/OP-HA/PLGA的生物相容性评价
  • 引言
  • 6.1 材料和方法
  • 6.1.1 实验材料
  • 6.1.2 成骨细胞的分离培养
  • 6.1.3 细胞毒性试验
  • 6.1.4 全身急性毒性实验
  • 6.1.5 热原实验
  • 6.1.6 统计学处理
  • 6.2 结果
  • 6.2.1 细胞毒性实验结果
  • 6.2.2 全身急性毒性实验
  • 6.2.3 热原实验
  • 6.3 讨论
  • 6.3.1 体外细胞毒性实验
  • 6.3.2 急性毒性实验
  • 6.3.3 热原实验
  • 6.4 小结
  • 第7章 新型电活性可降解高分子纳米复合骨修复材料PAP/OP-HA/PLGA的成骨活性实验
  • 引言
  • 7.1 材料和方法
  • 7.1.1 试剂和仪器
  • 7.1.2 实验材料
  • 7.1.3 电刺激装置的制备
  • 7.1.4 实验分组
  • 7.1.5 细胞接种
  • 7.1.6 细胞粘附实验
  • 7.1.7 细胞周期检测
  • 7.1.8 成骨活性相关基因的表达
  • 7.2 结果
  • 7.2.1 细胞粘附实验
  • 7.2.2 细胞周期检测
  • 7.2.3 成骨活性相关基因的表达
  • 7.3 讨论
  • 7.3.1 细胞粘附实验
  • 7.3.2 细胞周期检测
  • 7.3.3 成骨活性相关基因的表达
  • 7.4 小结
  • 第8章 电刺激对兔骨缺损修复的实验研究
  • 引言
  • 8.1 材料和方法
  • 8.1.1 主要仪器和试剂
  • 8.1.2 实验动物
  • 8.1.3 骨修复材料的制备
  • 8.1.4 兔桡骨缺损模型的制备及动物分组
  • 8.1.5 电刺激骨修复部位
  • 8.1.6 术后观察
  • 8.1.7 成骨活性相关基因检测
  • 8.2 结果
  • 8.2.1 大体观察
  • 8.2.2 X 光片评价
  • 8.2.3 骨修复部位的成骨活性
  • 8.3 讨论
  • 8.3.1 电刺激在骨修复中的应用
  • 8.3.2 成骨活性相关基因的表达
  • 8.4 小结
  • 参考文献
  • 攻读博士期间发表的论文
  • 致谢
  • 中文摘要
  • ABSTRACT

    • 相关论文文献

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