利用羥基磷灰石支架孔隙結(jié)構(gòu)調(diào)控血管生長(zhǎng)和異位骨形成.pdf

1、在骨組織工程支架中，多孔支架的物理結(jié)構(gòu)特性是影響細(xì)胞行為、血管生長(zhǎng)和骨形成的關(guān)鍵因素。它不但為細(xì)胞的生長(zhǎng)和遷移提供模板，同時(shí)也為血管生長(zhǎng)和骨形成提供充足的空間。雖然優(yōu)化多孔支架結(jié)構(gòu)特性可有效促進(jìn)骨組織形成，但是單純調(diào)控支架的物理結(jié)構(gòu)促進(jìn)骨再生的能力仍然是有限的。一些研究表面引入外源性生長(zhǎng)因子和藥物可顯著增強(qiáng)骨組織再生，因此多孔支架與生物因子或藥物有效結(jié)合協(xié)同調(diào)控血管生長(zhǎng)和骨形成受到越來(lái)越多的關(guān)注。在本研究中，通過(guò)調(diào)控支架的結(jié)構(gòu)參數(shù)（孔徑

2、、貫通性、孔徑分布和表面形貌）探索多孔羥基磷灰石(HA)支架結(jié)構(gòu)特性與血管生長(zhǎng)和異位骨形成的關(guān)系，進(jìn)一步優(yōu)化支架的多孔結(jié)構(gòu)。此外，通過(guò)將載藥高分子微球均勻分布在涂覆有海藻酸的多孔HA支架孔壁表面構(gòu)建多孔支架緩釋體系，以增強(qiáng)多孔HA支架血管生長(zhǎng)和骨形成能力。
　　采用糖球造孔法通過(guò)去除糖球制備孔隙結(jié)構(gòu)可控的3類多孔HA支架，控制糖球顆粒的粒徑和熱處理工藝精確調(diào)控多孔支架的宏孔孔徑和貫通孔尺寸。在本研究中，通過(guò)熱處理工藝將宏孔孔徑分別

3、為500-650、700-950和1100-1250μm的多孔HA支架的貫通孔尺寸/宏孔孔徑的比例（d/s比）統(tǒng)一調(diào)控約為0.26，確保3種孔徑支架具有相似的貫通性，以精確研究宏孔孔徑對(duì)異位骨形成和血管生長(zhǎng)的影響。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示多孔支架的宏孔孔徑不但影響血管生長(zhǎng)和骨形成的速度，同時(shí)影響新形成骨的分布。宏孔孔徑為700-950μm的多孔HA支架比其他兩種孔徑多孔支架展現(xiàn)更高的血管數(shù)量、新骨生成量以及更為均勻的新骨分布。
　　采用糖

4、球造孔法和熱處理工藝技術(shù)制備宏孔孔徑為750-900μm、貫通孔徑尺寸分別為87、228和367μm（d/s比分別為0.09、0.26和0.45）的3種多孔HA支架，通過(guò)體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)研究多孔支架d/s比對(duì)異位誘導(dǎo)骨形成和血管生長(zhǎng)的影響。結(jié)果顯示多孔支架的d/s比不但影響血管的生長(zhǎng)，同時(shí)也影響骨組織的形成。植入4周后結(jié)果顯示新生血管的尺寸隨著支架貫通孔徑的增大而增大，體內(nèi)植入12周后結(jié)果顯示d/s比為0.45的支架由于抗壓強(qiáng)度較低，在植入

5、體內(nèi)后發(fā)生脆裂導(dǎo)致新骨在支架內(nèi)部不均勻的形成。d/s比為0.09的支架由于貫通孔徑較低限制了新生血管的數(shù)量和尺寸，導(dǎo)致骨形成能力的降低。而d/s比為0.26的支架則展現(xiàn)了最高的新骨生成量以及更均勻的新骨分布。
　　通過(guò)采用梯度糖球模板制備2種孔徑分布相反的梯度分布多孔HA支架，即(1)內(nèi)部孔徑為500-650μm、外周孔徑為1100-1250μm（HASL）;(2)內(nèi)部孔徑為1100-1250μm、外周孔徑為500-650μm(H

6、ALS)。體內(nèi)植入4周后結(jié)果顯示雖然HASL外周和中心區(qū)域的新生血管數(shù)量無(wú)顯著性差異，但是外周新生血管的尺寸明顯大于中心區(qū)域的新生血管。而HALS外周和中心區(qū)域的新生血管數(shù)量幾乎相同無(wú)顯著性差異，但是中心區(qū)域的新生血管數(shù)量小于外周區(qū)域的新生血管。HASL內(nèi)總的新生血管數(shù)量和尺寸大于HALS的新生血管數(shù)。體內(nèi)植入12周后結(jié)果顯示HASL在整個(gè)支架的外周及中心展現(xiàn)均勻的骨形成，而HALS只有外周有新骨的生成。HASL內(nèi)總的新骨形成量明顯高于

7、HALS。因此表明梯度多孔支架的孔徑分布不僅影響支架的血管化，還影響新形成骨的分布。外部大孔徑的梯度多孔支架更有利于再生新骨組織在多孔支架中的整體生長(zhǎng)。
　　采用一種新型的糖球顆粒模板濕化處理技術(shù)制備宏孔孔壁表面具有溝槽結(jié)構(gòu)的多孔HA支架。結(jié)果發(fā)現(xiàn)濕化處理可調(diào)控糖球模板表面的水分含量，而孔壁表面溝槽的寬度又由糖球模板表面上的水分的含量所控制。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示溝槽結(jié)構(gòu)可誘導(dǎo)細(xì)胞沿溝槽方向定向排列。基因表達(dá)結(jié)果顯示溝槽結(jié)構(gòu)有利于骨形成。<

8、br>　　通過(guò)一種新型的方法將載丹酚酸B(Sal B)的殼聚糖微球(CMs)均勻固定在涂覆有海藻酸的多孔HA支架表面構(gòu)建支架緩釋體系。為增強(qiáng)CMs和HA支架的結(jié)合力，選用海藻酸作為多孔HA支架的涂覆材料。結(jié)果顯示通過(guò)靜電吸附的作用，微球穩(wěn)定地固定在涂有海藻酸的多孔HA支架表面。在吸附過(guò)程中，采用靜置和震蕩兩種組裝方式將Sal B/CMs組裝到多孔支架表面。與靜置組裝方式相比，采用震蕩組裝方式的多孔支架表面上的Sal B/CMs分布更為均