可降解聚酯多孔支架的羥基磷灰石修飾、體外研究和體內(nèi)骨缺損修復(fù).pdf

1、修復(fù)大尺寸的組織缺損一直是富有挑戰(zhàn)的難題，組織工程的發(fā)展為其提供了新的思路。可降解聚酯材料具有良好的生物相容性、易加工性以及可調(diào)控降解性能等優(yōu)點(diǎn)，因此常被選作組織工程多孔支架的基體材料，相關(guān)研究對(duì)于促進(jìn)組織工程材料早日大規(guī)模臨床應(yīng)用十分重要。
　　盡管這類材料已經(jīng)被多次報(bào)道，仍然有一些重要而基礎(chǔ)的問題沒有被專門予以研究。例如:許多人都在提及聚酯降解產(chǎn)物導(dǎo)致的副作用，但是卻鮮見專門的研究探討這個(gè)副作用到底有多強(qiáng)、其決定性因素是化學(xué)物

2、質(zhì)還是pH。又例如:羥基磷灰石在天然骨中大量存在，依照仿生學(xué)思路的啟發(fā)，人們自然設(shè)想，可將鈣磷無機(jī)生物材料與聚酯進(jìn)行復(fù)合用于修復(fù)長(zhǎng)干骨缺損;但是，這種復(fù)合除了使用共混的方式以外，也可將羥基磷灰石以表面涂層的方式引入聚酯多孔支架的孔表面，這樣不僅可保留可降解聚酯多孔支架優(yōu)異的加工性能、降解性能和力學(xué)性能，而且有望使得其孔壁的化學(xué)組成利于骨組織修復(fù)。如果原則上可行，又如何快速有效地實(shí)現(xiàn)高分子多孔支架內(nèi)表面的無機(jī)生物材料修飾，所得的復(fù)合支架效

3、果是否得到改善？這個(gè)工作還自然引申出一個(gè)更加基礎(chǔ)的問題，即，羥基磷灰石等無機(jī)材料與骨髓基質(zhì)干細(xì)胞等重要的種子細(xì)胞之間的相互作用。其中圖案化技術(shù)是用于研究細(xì)胞與材料間相互作用的有力工具，近年來聚合物材料、金屬材料的圖案化技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是無機(jī)材料的圖案化技術(shù)在方法學(xué)上卻有待突破。
　　有鑒于此，本博士學(xué)位論文擬專門探討聚酯降解產(chǎn)物的體外細(xì)胞毒性、發(fā)展聚酯多孔支架的制備和孔表面無機(jī)材料修飾的技術(shù)、并研究細(xì)胞與材料間的相互作用，工

4、作涉及了生物醫(yī)用材料研發(fā)中從基礎(chǔ)研究到臨床應(yīng)用中不同維度的科學(xué)技術(shù)問題。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新性工作包括:
　　(1)研究了聚酯多孔支架降解產(chǎn)物對(duì)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞體外活力和成骨分化的影響。
　　研究聚酯多孔支架24周體外降解行為，并考察不同時(shí)間點(diǎn)的降解產(chǎn)物對(duì)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞活力和分化的影響，結(jié)果表明聚酯多孔支架的降解遵循本體降解規(guī)律，其24周降解時(shí)間內(nèi)的降解產(chǎn)物不產(chǎn)生顯著的細(xì)胞毒性。通過直接將乳酸等物質(zhì)加入細(xì)胞培養(yǎng)液中，考察

5、乳酸對(duì)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞活力和分化的影響，結(jié)果確認(rèn)pH是高濃度乳酸引起細(xì)胞毒性的主要原因，D，L-乳酸較之L-乳酸有稍強(qiáng)的細(xì)胞毒性，大鼠骨髓基質(zhì)干細(xì)對(duì)兩種乳酸的耐受臨界濃度均為20 mmol/L左右?？梢哉J(rèn)為，植入在有充分體液交換的位置時(shí)，不必過多地?fù)?dān)憂聚酯多孔支架降解產(chǎn)物對(duì)周圍細(xì)胞和組織的不利影響。
　　(2)發(fā)展了一種在聚酯多孔支架孔表面快速修飾沉積納米羥基磷灰石涂層的方法，并通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的合作研究考察了其體內(nèi)長(zhǎng)干骨缺損的修復(fù)效果

6、。
　　提出一種簡(jiǎn)便易行的方法，主要步驟包括對(duì)聚酯多孔支架進(jìn)行等離子體處理以及在改進(jìn)模擬體液中的浸泡，該方法可以快速地（9小時(shí)）在聚酯多孔支架的孔表面修飾沉積均勻的納米羥基磷灰石涂層，較之傳統(tǒng)的方法（至少1周）大大地節(jié)省了時(shí)間并保證了材料性能的穩(wěn)定性。通過體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了該改進(jìn)所得的無機(jī)/聚酯復(fù)合體系多孔支架的生物相容性，結(jié)果確證聚酯多孔支架和無機(jī)/聚酯復(fù)合體系多孔支架均具有良好的生物相容性，其中后者能更好地促進(jìn)成骨細(xì)胞和骨髓基

7、質(zhì)干細(xì)胞的生長(zhǎng)。通過合作研究，在新西蘭兔橈骨骨段建立15 mm的臨界缺損，將接種有兔自體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞的多孔支架植入缺損處并考察其修復(fù)效果。影像學(xué)和組織學(xué)結(jié)果表明，在植入無機(jī)/聚酯復(fù)合體系多孔支架實(shí)驗(yàn)組的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中，12周后在橈骨缺損處形成了連續(xù)的皮質(zhì)骨并基本實(shí)現(xiàn)髓腔再通，證明了無機(jī)/聚酯復(fù)合體系多孔支架能夠促進(jìn)骨缺損的修復(fù);另外，聚酯多孔支架和無機(jī)/聚酯復(fù)合體系多孔支架在長(zhǎng)期的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，均未發(fā)現(xiàn)不良的組織相容性或無菌性炎癥的情況，也

8、證實(shí)了不必?fù)?dān)憂聚酯多孔支架降解產(chǎn)物的細(xì)胞毒性。
　　(3)綜合數(shù)種技術(shù)手段首次提出了制備具有細(xì)胞黏附反差的羥基磷灰石微圖案陣列的方法。
　　綜合光刻技術(shù)、表面改性引進(jìn)表面電荷以及改進(jìn)模擬體液沉積的方法，得到了規(guī)整的羥基磷灰石微圖案陣列。對(duì)所得羥基磷灰石微圖案陣列背景進(jìn)行鈍化處理后，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞在羥基磷灰石微米島上的定位黏附，為將來進(jìn)一步研究細(xì)胞與無機(jī)生物材料間相互作用提供了一種新的方法。
　　本博士學(xué)位論文研究了常見的可

9、降解聚酯多孔支架制備技術(shù)、尤其是提出了快速在孔表面引入無機(jī)涂層的思路、研發(fā)了高效的改性技術(shù)，并通過復(fù)合羥基磷灰石涂層修飾的聚酯多孔支架與骨髓基質(zhì)干細(xì)胞在動(dòng)物體內(nèi)成功地修復(fù)了長(zhǎng)干骨缺損。論文還專門探討了常見的可降解聚酯降解產(chǎn)物對(duì)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞體外行為的影響，對(duì)于人們普遍關(guān)心的聚酯酸性產(chǎn)物的細(xì)胞毒性問題給出了確切的定性結(jié)論和有關(guān)臨界濃度的定量數(shù)據(jù)，結(jié)果表明沒有必要過分擔(dān)心聚酯降解產(chǎn)物的細(xì)胞毒性。論文除了研究骨髓基質(zhì)干細(xì)胞與聚酯及其降解產(chǎn)物的