原位沉积聚乳酸/羟基磷灰石复合纤维作为骨组织工程支架的研究

论文摘要

电纺纤维膜具有纤维直径可调、孔隙率可控等方面的优点,已经作为组织工程支架、药物控释载体、组织修复和植入材料。羟基磷灰石（HA）和聚乳酸的复合纤维拥有和天然矿化胶原纤维相类似的形貌和组成结构,可以作为组织工程支架、骨替代和骨修复材料。但在制备过程中将无机粒子共混于聚合物溶液中,导致共混纤维膜中有机相和无机相间相互作用较弱。纳米颗粒的团聚性导致共混纤维膜中无机粒子的分散性差,力学性能难于进一步提高。本论文通过电纺纤维表面改性原位诱导沉积HA制备复合纤维膜,研究其体内降解和骨缺损修复行为,进一步基于体内组织中在形貌特征、结构等方面存在的梯度特征,构建梯度纤维膜,研究细胞行为的梯度特征。通过在电纺纤维表面接枝明胶,原位诱导沉积HA获得HA/聚乳酸复合纤维膜（IGC）, HA在纤维上的分布将影响纤维的降解行为和骨修复能力。皮下植入16周后结果表明,IGC复合纤维膜重量损失达90%,分子量损失70%,其降解速率明显高于体外缓冲液中的降解速率。在动物中构建股骨缺损模型,考察IGC复合纤维膜的骨修复能力,结果显示16周后缺损部位完全被新生的致密骨填充,X光射射线与扫描电子显微镜结果显示,在缺损的边缘和缺损中心部位都有明显的骨小梁结构。上述研究表明纤维表面原位生长的HA纳米粒子能够提高生物相容性,促进新骨的形成,显示其可以作为骨替代和骨缺损修复的功能支架材料。利用微量注射泵,通过控制胺解时间制备出胺基梯度纤维膜,再通过戊二醛偶联,在胺基纤维膜的基础上形成明胶梯度纤维膜。利用荧光染料异硫氰酸脂（FITC）分别对氨基和明胶进行染色,纤维表面胺基密度和明胶密度呈现明显的梯度特征。在模拟体液（SBF）中矿化3天后,得到了HA含量梯度的纤维膜,HA的量从2.5%到27.5%的范围内变化,应力从6.51MP到8.32MP变化,拉伸长度从45.5%到31.4%范围内变化。在模拟体液（SBF）中矿化7天后,HA的晶粒尺寸受明胶接枝位点的调控,晶粒尺寸在20.5和40.1nm间呈现梯度变化。体外MC3T3-E1细胞培养证明,明胶密度梯度、HA含量梯度、HA晶粒结构梯度对细胞的粘附生长、分化和细胞外基质分泌均有调控作用,其中HA含量梯度对细胞的增值和分化行为影响最为显著。使用原位沉积法和矿化HA吸附法携载表达绿色荧光蛋白的质粒pGFP,细胞在纤维膜上呈现出梯度转染的特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 骨缺损及修复方法
• 1.1.1 骨缺损现状
• 1.1.2 天然骨替代物的优缺点
• 1.1.3 人工合成材料
• 1.1.4 PLA/HA复合材料
• 1.1.5 PLA/HA复合材料的制备方法
• 1.2 骨组织工程
• 1.2.1 组织工程
• 1.2.2 骨组织工程支架材料的要求
• 1.2.3 PLA/HA复合支架的特点
• 1.3 静电纺丝复合纤维
• 1.3.1 静电纺复合纤维的特点
• 1.3.2 静电纺PLA/HA复合纤维的制备
• 1.3.3 静电纺PLA/HA复合纤维在骨组织修复的应用
• 1.4 功能梯度材料
• 1.4.1 生物梯度材料
• 1.4.2 生物梯度材料的制备方法
• 1.4.3 梯度纤维的制备
• 1.5 课题的目的意义、研究内容及创新
• 1.5.1 研究目的和意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 1.5.3 论文研究的创新点
• 第二章 PDLLA/HA原位生长复合纤维膜对股骨缺损修复的促进作用
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 HA/PDLLA复合纤维膜的制备
• 2.1.3 复合纤维的表征
• 2.1.4 复合纤维的体内降解
• 2.1.5 复合纤维膜体内降解的表征
• 2.1.6 HA/PLA复合纤维的骨修能力考察
• 2.1.7 HA/PLA复合纤维的骨修能力考察
• 2.1.8 数据的统计学处理
• 2.2 实验结果与分析
• 2.2.1 复合纤维的表征
• 2.2.2 复合纤维的体内降解行为
• 2.2.3 股骨缺损修复的X射线观察
• 2.2.4 纤维植入4周后骨修复的组织学分析
• 2.2.5 纤维植入8周后骨修复的组织学分析
• 2.2.6 纤维植入16周后骨修复的组织学分析
• 2.2.7 骨缺损修复的SEM观察
• 2.3 HA实验结果讨论
• 2.4 本章小结
• 第三章 羟基磷灰石梯度聚乳酸纤维的制备
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 胺基和明胶梯度聚乳酸纤维的制备
• 3.1.3 胺基和明胶梯度聚乳酸纤维膜的表征
• 3.1.4 羟基磷灰石梯度聚乳酸纤维膜的制备
• 3.1.5 HA梯度复合纤维膜的表征
• 3.1.6 HA梯度纤维膜携载质粒DNA
• 3.1.7 携载质粒DNA纤维膜的体外释放
• 3.1.8 数据的统计学处理
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 胺解明胶接枝纤维形貌的表征
• 3.2.2 胺解梯度纤维膜的表征
• 3.2.3 明胶梯度纤维膜的表征
• 3.2.4 HA梯度复合纤维膜的表征
• 3.2.5 PLA/HA复合纤维HA结构的梯度表征
• 3.2.6 携载质粒DNA纤维膜的体外释放
• 3.3 本章小结
• 第四章 羟基磷灰石梯度聚乳酸纤维的细胞行为
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 细胞在纤维膜上的培养
• 4.1.3 细胞在纤维膜的增殖行为
• 4.1.4 碱性磷酸酶的检测
• 4.1.5 细胞形态的观察
• 4.1.6 细胞分泌细胞外基质的检测
• 4.1.7 细胞的转染效率的检测
• 4.1.8 数据的统计学处理
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 梯度纤维上的细胞活性表征
• 4.2.2 梯度纤维上的ALP活性
• 4.2.3 细胞在梯度纤维上的分布
• 4.2.4 细胞分泌细胞外基质的检测
• 4.2.5 细胞的转染效率的检测
• 4.3 本章小结
• 全文结论
• 致谢
• 西南交大攻读硕士期间发表论文
• 参考文献