多孔納米羥基磷灰石-聚酰胺66復合材料骨組織工程支架的研究.pdf

1、骨組織工程的研究和發(fā)展為臨床上骨缺損的修復和治療提供了嶄新的思路，并逐漸引起研究者的興趣。其中，三維多孔支架材料是骨組織工程的重要基礎，它不僅起支撐作用，保持原有組織的形狀，而且還起到模板作用，為細胞提供賴以寄宿、生長、分化和增殖的場所，從而引導受損組織的再生和控制再生組織的結(jié)構(gòu)。但目前骨組織工程支架的研究和應用仍面臨著許多問題，如材料體內(nèi)降解不可控，細胞繁殖效率低，降解產(chǎn)物引起炎性反應，細胞去分化等。尤其是在力學性能方面，單一的使用聚

2、合物或陶瓷材料作為支架材料存在強度弱或脆性大的問題，都無法滿足承力骨修復的要求。 因此，為了解決目前骨組織工程支架存在的缺陷，滿足支架的性能要求，我們使用具有良好生物學性能和與人體皮質(zhì)骨相匹配力學性能的n-HA/PA66復合生物材料構(gòu)建三維多孔支架，期望得到兼具良好的生物學性能和力學性能的支架材料。本研究采用相轉(zhuǎn)移法(phase inversion)和相轉(zhuǎn)移結(jié)合粒子瀝濾法(particle leaching)的復合工藝制備了骨組

3、織工程用多孔n-HA/PA66復合材料支架。用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、紅外光譜(IR)和力學性能測試等手段對多孔支架的理化性能進行表征。結(jié)果顯示，使用相轉(zhuǎn)移結(jié)合粒子瀝濾工藝制備的n-HA/PA66復合材料支架具有較高且可控的孔隙率(90％)和孔隙貫通性；且該多孔支架表現(xiàn)出與人體松質(zhì)骨相當?shù)牧W強度，足以滿足骨組織工程支架的力學性能要求。 骨髓間充質(zhì)干細胞(Marrow-derived mesenchyma

4、l stem cells，MSCs)由于其易提取分離、易體外培養(yǎng)和在特定環(huán)境中定向分化的特點而廣泛作為骨組織工程的種子細胞。本研究使用兔MSCs作為骨組織工程的種子細胞，并將其種植于n-HA/PA66支架上進行體外聯(lián)合培養(yǎng)，以考察復合材料支架的體外生物相容性。同時，實驗引入兔的下頜骨部位的極限骨缺損作為動物實驗的模型，將種植有MSCs細胞的n-HA/PA66多孔支架和單純n-HA/PA66支架植入缺損部分，通過考察支架材料的體內(nèi)生物活性

5、和成骨性能來研究n-HA/PA66復合材料骨組織工程支架修復骨缺損的可行性。我們使用光學顯微鏡、SEM、四唑鹽比色法(MTT)檢測、堿性磷酸酶(ALP)和I型膠原(COLI)免疫組化分析對MSCs在n-HA/PA66支架體外培養(yǎng)過程中細胞生長、繁殖和分化進行定性和定量的分析；并采用組織學切片、X光片分析和新骨計量學分析來定性和定量考察n-HA/PA66支架的體內(nèi)生物活性和成骨性能。結(jié)果表明，n-HA/PA66復合材料骨組織工程支架對細胞

6、的黏附、生長、繁殖和骨向分化均無不良影響，具有良好的體外生物相容性；與MSCs復合的n-HA/PA66支架具有較單純支架更高的植入初期成骨效率，而長期體內(nèi)實驗顯示兩者的生物活性和成骨性能相當。這些結(jié)果都說明n-HA/PA66支架具有良好的生物相容性和體內(nèi)成骨性能，是組織工程修復骨缺損的理想支架材料。同時n-HA/PA66多孔支架與MSCs的復合體系，在骨修復過程中表現(xiàn)出良好的骨重建能力，是一種有效的骨組織工程治療骨缺損的方法。目前骨組織

7、工程支架普遍存在的另一問題是新生骨組織往往在支架的外緣形成，這阻止了細胞滲透到支架內(nèi)部，也妨礙了支架內(nèi)部體液的相互交換，并最終導致支架內(nèi)部長入組織的壞死。通常的支架材料是具有不規(guī)則、各向同性的孔隙結(jié)構(gòu)以及相對較低的孔隙貫通性，這種結(jié)構(gòu)也使得細胞和組織很難滲透到支架內(nèi)部，而影響骨組織的重建。為了解決這一問題，制備出具有類似于自然骨在結(jié)構(gòu)和性能上各向異性的特點的骨組織工程支架，促進細胞和組織向多孔支架內(nèi)部生長，并提高養(yǎng)分和代謝產(chǎn)物交換的效率

8、，我們設計并改進相轉(zhuǎn)移工藝，來制備在孔隙結(jié)構(gòu)和力學強度上都具有各向異性特點的n-HA/PA66骨組織工程支架。我們對該支架材料的制備工藝、理化性能、微觀形貌進行評價，并對這種具有各向異性結(jié)構(gòu)的支架進行體外細胞實驗。結(jié)果表明，使用改進相轉(zhuǎn)移法制備的n-HA/PA66多孔支架具有定向性多孔、各向異性的孔隙結(jié)構(gòu)；其力學性能也表現(xiàn)出各向異性，支架平行于孔隙方向的抗壓強度明顯高于垂直于該方向的抗壓強度；而細胞實驗表明MSCs和成骨細胞更傾向于沿著