可注射生物活性海藻酸鈉-硅酸鹽生物陶瓷復(fù)合水凝膠的制備及性能研究.pdf

1、近年來，可注射生物材料由于其獨(dú)特的液-固轉(zhuǎn)變性能在組織工程和組織再生方面引起了很大的關(guān)注?？勺⑸渌z其多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與天然細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）相似，具有良好的生物相容性，而且可以很好的無間隙地填充無規(guī)則形狀的受損部位，所以在藥物釋放、載細(xì)胞、組織工程以及再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用前景。海藻酸鈉(SA)水凝膠是目前研究比較成熟的水凝膠體系之一，且其已經(jīng)在組織工程中有了應(yīng)用，但是傳統(tǒng)地將海藻酸鈉溶液滴加到多價(jià)陽離子溶液中，由于凝膠由外而

2、內(nèi)形成太快，致使制備出的海藻酸鈉水凝膠珠體可注射性差且海藻酸鈉自身也缺乏生物活性。本課題組前期的研究表明硅酸鈣（CS）和鎂黃長石（Aker）兩種生物陶瓷具有較為優(yōu)良的生物活性，可以促進(jìn)干細(xì)胞成骨分化及體內(nèi)成骨。此外，這兩種生物陶瓷在生理環(huán)境中都可以降解釋放出二價(jià)陽離子使周圍微環(huán)境成堿性，這也意味著可以通過調(diào)節(jié) pH值來控制生物陶瓷釋放二價(jià)陽離子的速度。因此，本課題根據(jù)生物陶瓷和海藻酸鈉的各自特點(diǎn)，提出將具有生物活性的生物陶瓷作為海藻酸鈉

3、交聯(lián)成凝膠的Ca源，通過兩者復(fù)合且依靠可水解呈酸性的試劑調(diào)控生物陶瓷原位釋放二價(jià)陽離子來可控地交聯(lián)海藻酸鈉，獲得具有生物活性的可注射海藻酸鈉/生物陶瓷復(fù)合水凝膠。
　　1、選擇葡萄糖酸內(nèi)酯（GDL），利用GDL的水解緩慢釋放出CS中的Ca2+，交聯(lián)SA成凝膠，從而制備出了可注射SA/CS/GDL復(fù)合水凝膠。研究發(fā)現(xiàn)通過改變 CS和GDL的含量，可以調(diào)控SA/CS/GDL復(fù)合水凝膠的凝膠時(shí)間、抗壓強(qiáng)度和溶脹性能。此外，通過紅外光譜分

4、析（FTIR）和掃描電鏡（SEM）的表征證明 SA/CS/GDL復(fù)合水凝膠具有良好的體外誘導(dǎo)礦化的活性；而且CS/ SA/GDL復(fù)合水凝膠及其浸提液不僅能夠維持大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（rtBMSCs）的正常生長和增殖，而且能夠體外促進(jìn)rtBMSCs分泌成骨的前期標(biāo)志堿性磷酸酶，以及能夠促進(jìn)人臍帶靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）成血管分化。
　　2、為了更好地調(diào)控SA成凝膠，進(jìn)一步調(diào)節(jié)水凝膠成凝膠性和可注射性，在SA/CS/GDL復(fù)合水凝

5、膠的基礎(chǔ)上，提出了采用兩種不同的二價(jià)離子交聯(lián)SA的雙離子交聯(lián)策略，將體系中的CS更換成鎂黃長石生物陶瓷（Aker）形成SA/Aker/GDL復(fù)合體系。利用Aker含有Ca2+和Mg2+兩種可以和海藻酸納交聯(lián)，且交聯(lián)能力不同的離子來實(shí)現(xiàn)對(duì)成凝膠速率的更好調(diào)控。在此體系中，GDL水解導(dǎo)致 Aker緩慢釋放出Ca2+和Mg2+交聯(lián) SA成凝膠，從而獲得具有更好可注射性的SA/Aker/GDL復(fù)合水凝膠。而且通過改變Aker和GDL的含量，可以

6、對(duì) SA/Aker/GDL復(fù)合水凝膠的溶脹性能和pH進(jìn)行調(diào)控。與SA/CS/GDL復(fù)合水凝膠相比，SA/Aker/GDL復(fù)合水凝膠具有更好的成凝膠性能、可注射性，和更高的抗壓強(qiáng)度。此外，SA/Aker/GDL復(fù)合水凝膠還具有良好的體外誘導(dǎo)礦化性能和降解性能。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明SA/Aker/GDL復(fù)合水凝膠不僅能夠維持人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（hBMSCs）和HUVECs細(xì)胞的增殖，而且可以促進(jìn)hBMSCs成骨分化和HUVECs的成血管化。裸鼠皮下

7、體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)表明SA/Aker/GDL復(fù)合水凝膠具有骨誘導(dǎo)性，這也是首次驗(yàn)證了硅基生物材料具有骨誘導(dǎo)性；而且SA/Aker/GDL復(fù)合水凝膠包裹hBMSCs細(xì)胞植入動(dòng)物體內(nèi)之后能夠更好的促進(jìn)hBMSCs的成骨分化和礦化以及血管的長入。
　　3、為了進(jìn)一步的提高SA/Aker復(fù)合水凝膠的可注射性和力學(xué)性能以及凝膠體系的安全性，提出了采用酸性氨基酸（AA）作為 Aker離子釋放調(diào)控劑的新思路，利用天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）的

8、水解調(diào)控Aker緩慢釋放出Ca2+和Mg2+交聯(lián)SA成凝膠，制備出雙離子交聯(lián)的可注射SA/Aker/AA水凝膠。與SA/Aker/GDL復(fù)合水凝膠相比，SA/Aker/AA水凝膠理化性能更易調(diào)控且力學(xué)性能得到了提高和改善。此外，體外細(xì)胞生物實(shí)驗(yàn)表明 SA/Aker/AA復(fù)合水凝膠不僅能夠維持人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（hBMSCs）和HUVECs細(xì)胞的正常生長和增殖，而且可以促進(jìn)hBMSCs成骨分化和HUVECs的成血管化。
　　以上研究