基于骨組織ECM的成骨分化微環(huán)境模擬及骨誘導(dǎo)仿生纖維膜研究.pdf

1、基于干細(xì)胞的組織工程學(xué)（Stem cell-based tissue engineering, STE）技術(shù)的快速發(fā)展，為治療嚴(yán)重骨缺損患者提供了新的思路。但是，由于現(xiàn)有的支架系統(tǒng)缺乏仿生設(shè)計(jì)，成骨誘導(dǎo)活性有限，一定程度上阻礙了STE技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用。針對(duì)該問題，本課題選用具有高比表面積和高孔隙率的靜電紡絲納米纖維做為基底材料，利用多巴胺技術(shù)，不斷改進(jìn)材料表面設(shè)計(jì)，最終在纖維支架材料表面構(gòu)建了能夠模擬骨組織ECM理化性能的體外成骨分化

2、微環(huán)境，并從材料的細(xì)胞相容性、細(xì)胞毒性和體內(nèi)外成骨活性等方面對(duì)該支架材料進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過靜電紡絲技術(shù)，將可降解的PCL高分子材料制備成取向納米纖維（A-PCL），模擬骨組織 ECM中具有取向特性的膠原蛋白納米纖維。在證實(shí)取向納米PCL纖維具有更好成骨活性的基礎(chǔ)上，利用多巴胺表面改性技術(shù)，將BFP-1成骨多肽共價(jià)接枝到取向纖維表面，構(gòu)建了 BFP-1功能化修飾的納米纖維支架材料。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過

3、 PDA固定在纖維表面的 BFP-1能夠繼續(xù)保留其原有的生物學(xué)活性，不僅可以改善纖維表面的細(xì)胞相容性，還能提高材料的成骨活性。更重要的是，將BFP-1多肽與取向納米纖維結(jié)合，能夠產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步提高 hBMMSCs的體外成骨分化效率。但是，由于該纖維支架中缺乏鈣、磷無機(jī)成分，不能模擬天然納米膠原纖維內(nèi)礦化特點(diǎn)，材料設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步改進(jìn)。⑵針對(duì)BFP-1功能化修飾的納米纖維支架材料設(shè)計(jì)存在的缺陷，本課題利用PDA對(duì)鈣離子的鰲合作用，以P

4、DA為模板制備合成了一種鈣磷比、結(jié)晶度與骨組織中天然納米羥基磷灰石更接近的仿生納米羥基磷灰石材料（tHA）。通過靜電紡絲技術(shù)，將10 w.t％tHA粉末導(dǎo)入PCL納米纖維能夠賦予纖維材料最佳的細(xì)胞相容性和成骨活性。⑶利用tHA材料中的PDA成分，通過化學(xué)共價(jià)接枝，進(jìn)一步在其表面加載BFP-1多肽，合成了BFP-1功能化修飾的磷灰石材料（tHA/pep），并將該功能化磷灰石材料通過靜電紡絲技術(shù)導(dǎo)入PCL取向納米纖維，在纖維材料表面成功構(gòu)建

5、體外成骨分化微環(huán)境（A-PCL-tHA/pep）。由于材料表面能夠?qū)BMMSCs細(xì)胞提供BFP-1多肽、鈣磷成分和取向納米纖維三重信號(hào)刺激，可能分別從BMP/Smad通路、鈣離子依賴通路和整合素依賴通路刺激干細(xì)胞向成骨方向分化，故與對(duì)照組相比，A-PCL-tHA/pep支架材料在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出極佳的成骨誘導(dǎo)活性。此外，體內(nèi)研究結(jié)果顯示，BFP-1功能化修飾的納米磷灰石與取向纖維結(jié)合制備的骨誘導(dǎo)仿生纖維膜能夠協(xié)同刺激并引導(dǎo)缺損區(qū)新