壳聚糖的羧甲基化交联改性及其在组织工程中的若干应用

论文摘要

壳聚糖可作为组织工程支架材料修复多种器官。本论文以之前壳聚糖研究为基础,设计制备了一种新型羧甲基壳聚糖支架材料系统,从降解性能、力学性能和生物相容性几方面在多种器官修复中的应用展开研究,主要内容有:（1）双分子量分布羧甲基壳聚糖支架材料系统的制备和表征。壳聚糖在适当条件下进行羧甲基化反应,采用傅立叶红外光谱、核磁共振和X射线衍射来表征羧甲基壳聚糖（CMC）。之后,中性可溶的CMC由碳二亚胺（EDC）进行交联,通过产物的力学性能优化了反应条件。在最优反应条件下,通过调节高、低分子量CMC的用量比,制备了具有良好力学性能的双分布CMC材料系统。体外降解实验表明,新支架材料大幅提高了降解性能,并在一定范围内可控。（2）双分子量分布CMC材料系统用于周围神经损伤修复。在壳聚糖和双分布CMC材料上分别培养Neuro-2a细胞来检测材料的神经生物相容性,结果表明新材料上培养的Neuro-2a细胞贴附铺展更完全,诱导后轴突生长更明显。以10 mm大鼠坐骨神经损伤为动物模型,在体内进一步评价双分布CMC导管的功能活性和降解性能。术后12周,实验组导管降解明显,组织形态学及形态测量学表明再生轴突通过损伤间隙到达远端,修复效果与自体神经移植组相似。（3）纳米胶原纤维包被的多孔CMC微载体用于软骨损伤修复的初步研究。利用相分离/冷冻置换法成功制备了多孔CMC微载体。在EDC交联过程中将适量的胶原分子锚定到CMC微载体上,然后利用更多胶原分子的自组装将纳米胶原纤维网状结构固定到CMC微载体的表面。扫描电镜和羟脯氨酸分析表明更多的胶原被固定到了预先处理的CMC微载体上。体外兔软骨细胞悬浮培养结果表明细胞在CMC微载体上能够更好的粘附,增殖和保持分化状态。（4）CMC/纳米胶原纤维复合支架修复兔腓骨损伤。模拟骨的结构设计制备了CMC/纳米胶原复合多孔支架,其结构不仅具有较高的孔隙率和力学强度,也利于防止损伤部位纤维组织的长入。在兔腓骨损伤修复模型中检测CMC材料的降解性能和功能活性,结果表明CMC支架降解明显,能够促进骨损伤的修复,在材料中心多孔区域形成成骨中心并进一步钙化,并形成新生毛细血管以满足营养传输的需要;BCMC-2材料降解速率进一步提高,新生骨中有髓样组织出现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 组织工程与生物材料
• 1.1.1 组织工程概述
• 1.1.2 生物材料的分类
• 1.2 壳聚糖作为生物材料的应用研究
• 1.2.1 壳聚糖概述
• 1.2.2 壳聚糖作为生物材料在组织工程中的研究
• 1.3 羧甲基壳聚糖的研究进展
• 1.3.1 羧甲基壳聚糖的基本参数
• 1.3.2 羧甲基壳聚糖的应用
• 1.4 本研究的目的、内容及意义
• 第2章 双分子量分布CMC 材料系统的制备和表征
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料与设备
• 2.1.2 CMC 的制备
• 2.1.3 CMC 膜的制备
• 2.1.4 红外光谱分析
• 2.1.5 核磁共振波谱分析
• 2.1.6 X 射线衍射检测
• 2.1.7 扫描电镜观察微观形貌
• 2.1.8 壳聚糖膜和交联CMC 膜的制备
• 2.1.9 多孔壳聚糖支架和交联CMC 支架的制备
• 2.1.10 溶胀系数测定
• 2.1.11 接触角的测定
• 2.1.12 力学性能的测定
• 2.1.13 体外降解实验
• 2.2 实验结果
• 2.2.1 CMC 的表征
• 2.2.2 交联CMC 的表征
• 2.2.3 体外降解性能
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 第3章 双分布CMC 导管用于周围神经损伤修复
• 3.1 材料、设备、细胞培养
• 3.1.1 材料与设备
• 3.1.2 Neuro-2a 细胞培养
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 壳聚糖导管的制备
• 3.2.2 CMC 导管的制备
• 3.2.3 扫描电镜观察微观形貌
• 3.2.4 细胞培养用CMC 膜的制备
• 3.2.5 溶胀性能测定
• 3.2.6 导管管壁渗透性测定
• 3.2.7 力学性能测定
• 3.2.8 Neuro-2a 细胞体外培养
• 3.2.9 CMC 神经导管的体内功能评价
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 体外神经生物相容性研究
• 3.3.2 导管形貌观察
• 3.3.3 溶胀性能测定
• 3.3.4 导管管壁渗透性测定
• 3.3.5 力学性质测定
• 3.3.6 CMC 神经修复导管的体内功能评价
• 3.4 讨论
• 3.5 小结
• 第4章 纳米胶原纤维包被的CMC 微载体用于软骨损伤修复
• 4.1 材料与设备
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 多孔CMC 微载体的制备
• 4.2.2 在微载体表面固定纳米胶原纤维网络
• 4.2.3 微载体的表征
• 4.2.4 微载体培养兔软骨细胞
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 多孔CMC 微载体的表征
• 4.3.2 固定纳米胶原纤维网络
• 4.3.3 软骨细胞/微载体体外培养
• 4.4 讨论
• 4.5 小结
• 第5章 双分布CMC 支架在兔腓骨损伤修复中的应用研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 实验材料与设备
• 5.1.2 支架的制备
• 5.1.3 在多孔中心区域固定纳米胶原网络
• 5.1.4 扫描电镜和孔径分布
• 5.1.5 溶胀系数测定
• 5.1.6 力学性能测定
• 5.1.7 兔腓骨损伤模型的制备及动物分组
• 5.1.8 大体观察
• 5.1.9 硬组织切片及四环素荧光观察
• 5.1.10 Von Kossa 银染色
• 5.1.11 苏木素-伊红（HE）染色
• 5.1.12 组织形态测量学分析
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 支架的形貌观察及孔径分布的测量
• 5.2.2 力学性能测定
• 5.2.3 体内实验
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果