枝化状PEG交联去细胞瓣复合材料研制及力学性能研究

论文摘要

第一部分枝化状聚乙二醇衍生物PEG-NHS和PEG-DA的合成与鉴定目的合成并鉴定两种携带不同官能团的枝化状聚乙二醇衍生物,并计算产物的产率和纯度。方法以线性PEG3400单体为基础,采用接枝共聚途径,分别将4个N-弪基琥珀酰亚胺（-NHS）和丙烯酰基（-DA）官能团引入到PEG分子末端,形成枝化状PEG-NHS和PEG-DA。结果经IR、1H MRI和13C MRI鉴定,证实产物为枝化状PEG-NHS和PEG-DA, PEG-NHS产率为91.5%,纯度为94.6%；PEG-DA产率为90.4%,纯度为92.8%。结论线性PEG3400单体可成功进行接枝共聚,形成功能化的枝化状聚乙二醇衍生物PEG-NHS和PEG-DA。第二部分枝化状PEG交联去细胞瓣及其条件优化第一节去细胞瓣的制备及其巯基化修饰目的制备猪去细胞主动脉瓣叶,并对其进行巯基化修饰及其修饰条件优化。方法采用胰酶联合去污剂方法,制备猪去细胞主动脉瓣。HE染色和SEM检测去细胞效果。采用SATA法对去细胞瓣进行巯基化修饰,并对巯基化修饰的条件通过正交实验设计进行优化。结果胰酶联合去污剂法可有效去除瓣膜内皮和间质细胞,细胞外基质保留完整；SATA可有效对去细胞瓣进行修饰；当SATA浓度为2mg/mL、体系pH值在7.2-7.6之间、反应体系温度控制在37℃、反应时间2h能够最大程度的引入巯基。结论采用SATA可有效对猪去细胞瓣进行巯基化修饰。第二节PEG-NHS交联氨基与PEG-DA交联巯基的初步比较目的比较PEG-NHS交联氨基和PEG-DA交联巯基,观察效果差异和交联后去细胞瓣力学性能的改变。方法以分子量3400Da、8000Da和12000Da的枝化状PEG-NHS和PEG-DA,分别交联单纯去细胞瓣（-NHS与氨基反应）和巯基化去细胞瓣（-DA与巯基反应）,比较两种交联方式在2h、4h和6h交联率的差异和交联后去细胞瓣力学性能的差异。结果PEG-DA组在2h、4h和6h的交联率（%）均高于相同分子量PEG-NHS组。随着分子量增加,PEG-NHS和PEG-DA组抗拉强度均呈增加趋势,PEG-DA交联去细胞瓣抗拉强度均高于相同分子量PEG-NHS组,其差异有统计学意义（P<0.05）。结论相对PEG-NHS与氨基反应而言,PEG-DA与巯基反应的条件温和,反应速度快,交联后去细胞瓣力学性能更佳,更适合用作下一步化学修饰。第三节不同分子量PEG-DA交联去细胞瓣力学性能的变化目的观察不同分子量PEG-DA交联去细胞瓣力学性能的变化。方法分别取3400Da、8000Da、12000Da、20000Da和40000Da的枝化状PEG-DA,交联巯基化去细胞瓣,单轴拉伸试验测定其抗拉强度和弹性模量。结果当分子量从3400Da增加至20000Da时,PEG-DA交联去细胞瓣的抗拉强度由5.95±0.44MPa增加至8.05±0.15MPa,但当分子量进一步增加至40000Da时,抗拉强度有下降趋势,其各组之间差异均有统计学意义（P<0.05）。弹性模量则随着分子量的增加而增大,至分子量40000Da时显著升高,其各组之间差异均有统计学意义（P<0.05）。结论分子量20000Da的PEG-DA交联去细胞瓣,可显著增强去细胞瓣的抗拉强度和弹性模量,使其更接近天然瓣膜生物力学性能,是一种理想的可用于构建组织工程心脏瓣膜复合支架材料的高分子聚合物。第四节PEG20000-DA交联去细胞瓣的反应体系条件优化目的探讨PEG20000-DA与琉基化去细胞瓣交联的最佳条件。方法通过正交实验设计,对交联反应主要条件：-DA与-SH官能团摩尔比、PEG浓度和反应时间进行系统优化,计算交联率并作统计分析。结果当-DA与-SH官能团摩尔比由5：1增加至20：1时,交联率显著增加,但是当其摩尔比进一步增加至40：1时,交联率无显著增加；PEG浓度为10mg/mL,即可取得满意的交联效果,增加PEG浓度,交联率反而下降：交联8h,可取得较好的交联效果,进一步延长反应时间至24h,交联率无明显提高。结论枝化状PEG丙烯酰基官能团（-DA）与去细胞瓣巯基官能团（-SH）比例20：1,PEG浓度10mg/mL,反应时间8h,为PEG20000-DA交联巯基化去细胞瓣的最适宜条件。第三部分PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料的生物力学性能研究第一节PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料静态生物学和生物力学的影响目的评价PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料静态生物学和生物力学的影响。方法取天然瓣（control组）、去细胞瓣（DAV组）、戊二醛交联去细胞瓣（GA组）和PEG20000-DA交联去细胞瓣（PEG组）,分别测量其组织厚度、孔隙率和含水率,双轴拉伸试验测定周向和径向的抗拉强度和弹性模量,弯曲试验测定各组瓣叶弯曲模型。结果PEG交联去细胞瓣复合材料组织厚度、孔隙率和含水率较其他各组有不同程度下降。力学测试显示,PEG交联去细胞瓣复合材料周向和径向的抗拉强度均较去细胞瓣组明显增强,达到天然瓣叶水平；弹性模量和弯曲模量则较其他各组显著为高,其差异有统计学意义（P<0.05）。结论分子量20000Da的PEG-DA交联去细胞瓣复合材料,与去细胞瓣相比,其组织厚度、孔隙率和含水率有不同程度下降,但抗拉强度、弹性模量和弯曲模量明显提高,且保留了天然瓣膜各向异性的生物力学特点。第二节PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料结构与构象稳定性的影响目的评价PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料结构和构象稳定性的影响。方法采用示差扫描量热法（DSC）测量各组瓣叶热收缩温度,采用胶原酶消化法评价其抗酶性分解能力,同时采用圆二色光谱（CD）和傅里叶红外光谱（FTIR）法观察PEG20000-DA交联去细胞瓣胶原蛋白构象（主要是蛋白质二级结构）的影响。结果PEG组热收缩温度为75.16±0.69℃,较去细胞瓣组（67.63±1.09℃）有显著提高（P<0.05）；6h、12h和24h抗酶性分解能力也显著提高；CD谱和FTIR显示,PEG交联未改变去细胞瓣胶原蛋白构象。结论PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料结构稳定性显著提高,其胶原蛋白构象无明显影响。第三节PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料的抗钙化性能目的评价PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料的抗钙化性能。方法取戊二醛固定天然瓣（GA-NAV组）、戊二醛固定去细胞瓣（GA-DAV组）和PEG20000-DA交联去细胞瓣（PEG组）,植入家兔背部皮下,分别于2w、4w和8w行VON KOSSA染色,观察其钙沉积情况,原子吸收光谱法测定其钙含量。结果GA-NAV组发生严重钙化,GA-DAV组钙化情况较GA-NAV组为轻,PEG组未见明显钙化发生。结论PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料具有良好的抗钙化性能。

论文目录

• 英汉缩略词表
• 中文摘要
• Abstract
• 前言
• 参考文献
• 第一部分 枝化状聚乙二醇衍生物PEG-NHS和PEG-DA的合成与鉴定
• 材料和方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 第二部分 枝化状PEG交联去细胞瓣及其条件优化
• 第一节 去细胞瓣的制备及其琉基化修饰
• 第二节 PEG-NHS交联氨基与PEG-DA交联巯基的初步比较
• 第三节 不同分子量PEG-DA交联去细胞瓣力学性能的变化
• 第四节 PEG20000-DA交联去细胞瓣的反应体系条件优化
• 第三部分 PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料的生物力学性能研究
• 第一节 PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料静态生物学和生物力学的影响
• 第二节 PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料结构和构象稳定性的变化
• 第三节 PEG20000-DA交联去细胞瓣复合材料的抗钙化性能
• 结论、创新和展望
• 综述
• 参考文献
• 附录
• 致谢