混合、同軸與乳液靜電紡絲方法制備活性組織工程支架.pdf

1、組織工程學是一門將細胞生物學和材料學相結(jié)合的新興學科。組織工程學通過將種子細胞種植于仿生支架材料上，并在體外培養(yǎng)增殖，在形成新的組織后植入受損部位，從而達到修復(fù)和重建原人體組織結(jié)構(gòu)和功能的目的。因此，組織工程學的關(guān)鍵，同時也是具有挑戰(zhàn)性的一步就是如何制備具有仿生天然細胞外基質(zhì)的工程支架。首先，這種組織工程支架要在結(jié)構(gòu)上模擬天然細胞外基質(zhì)的三維多孔結(jié)構(gòu)；其次，該支架要具有良好的生物安全性和相容性；最后，這種支架要從功能上模擬天然細胞外基質(zhì)

2、，即能夠促進細胞的生長和誘導(dǎo)組織的形成。
　　 本論文采用靜電紡絲方法制備了從材料、結(jié)構(gòu)和功能上仿生天然細胞外基質(zhì)的納米纖維組織工程支架。首先，通過混合靜電紡絲的方法制備了聚乳酸-己內(nèi)酯(PLLACL)/殼聚糖的復(fù)合納米纖維膜，系統(tǒng)地研究了該復(fù)合納米纖維的各項性能，包括表面形態(tài)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、化學結(jié)構(gòu)、力學性能、熱力學性能、親水性和生物安全性。結(jié)果表明，當PLLACL占較大比例時，纖維膜的力學性能較好，而親水性和生物相容性則較差，而

3、且，復(fù)合纖維保持了兩種物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)和結(jié)晶結(jié)構(gòu)。在對聚己內(nèi)酯-葉綠素銅鈉鹽的研究中，分析了葉綠素銅鈉鹽的質(zhì)量比對納米纖維最終形態(tài)的影響，當葉綠素銅鈉鹽質(zhì)量為聚己內(nèi)酯的20％時，制備的物質(zhì)已經(jīng)失去了原有納米纖維的形態(tài)；并且，葉綠素銅鈉鹽的加入也對纖維膜的力學性能有著消極的影響；降解實驗和釋放實驗證明在纖維膜浸入模擬人體環(huán)境的溶液中10小時內(nèi)，葉綠素銅鈉鹽幾乎全部釋出，也就為新組織和再生細胞的生長提供了充足的空間。
　　 采用同軸靜

4、電紡絲方法制備負載生物活性因子的功能納米纖維。將PLLACL溶解于三氟乙醇(TFE)作為同軸靜電紡絲的外層溶液，用于形成納米纖維的殼層；將蛋白質(zhì)溶解于超純水中作為內(nèi)層溶液，并用于形成纖維的芯層。同軸靜電紡絲納米纖維相對于單紡的PLLACL纖維具有較細的直徑，并且由于蛋白質(zhì)的加入和纖維結(jié)構(gòu)的變化，其力學性較差；但是其親水性基本上沒有變化。為更好的研究蛋白質(zhì)由同軸靜電紡絲納米纖維中釋放的行為，本文采用鹽酸四環(huán)素為模型藥物制備了“混紡”和“同

5、軸”兩種納米纖維膜，并使它們在相同的條件下進行釋放實驗。結(jié)果證明，鹽酸四環(huán)素由混紡纖維中釋放時產(chǎn)生了嚴重的突釋現(xiàn)象，而它由同軸紡絲纖維膜中釋放時則表現(xiàn)出相對穩(wěn)定和持續(xù)的行為。我們從理論上解釋并模擬了蛋白質(zhì)在纖維中的濃度變化；并且制備了多種不同形狀的神經(jīng)導(dǎo)管支架，特別是螺旋外形的導(dǎo)管支架在抗壓和卷曲性能方面非常突出。由于大鼠腎上腺嗜鉻神經(jīng)瘤細胞(PC12)能夠在神經(jīng)生長因子(NGF)的作用下出現(xiàn)形態(tài)上的分化，即生長出特有的神經(jīng)軸突；因此，

6、本文中選用PC12細胞來驗證從同軸靜電紡絲納米纖維中釋放的NGF的活性。結(jié)果證明由同軸靜電紡絲納米纖維膜中釋放的NGF具有神經(jīng)誘導(dǎo)活性。
　　 采用乳液靜電紡絲的方法制備具有神經(jīng)誘導(dǎo)活性的功能納米纖維。該種靜電紡絲乳液包括PLLACL溶解于三氯甲烷形成的油相溶液、蛋白質(zhì)溶解于超純水形成的水相溶液和作為穩(wěn)定劑的山梨糖醇酐油酸酯(Span80)。對負載蛋白質(zhì)的PLLACL納米纖維表面形態(tài)的研究發(fā)現(xiàn)，負載蛋白質(zhì)的納米纖維具有較小的纖維

7、直徑；與單紡纖維膜相比，乳液靜電紡絲纖維膜由于乳化劑Span80的加入其力學性能較好；而且由于乳化劑在纖維表面的分布，乳液靜電紡絲納米纖維膜的其親水性大大改善。本文對乳液靜電紡絲納米纖維的形成過程做了理論上的解釋，認為部分纖維是由含有水相溶液滴的乳液拉伸而成，并且在電場力的驅(qū)動下乳化劑分子按照親水基在外、憎水基在內(nèi)的方式排布在纖維的表面。與同軸靜電紡絲相似，蛋白質(zhì)能夠從乳液靜電紡絲納米纖維中以較為穩(wěn)定的方式持續(xù)釋放。實驗結(jié)果表明，從乳液

8、靜電紡絲納米纖維中釋放的NGF能夠成功的誘導(dǎo)PC12細胞生長出神經(jīng)軸突，這就證明了通過乳液靜電紡絲可以包覆NGF等蛋白質(zhì)并保持其生物活性。
　　 對乳液靜電紡絲方法制備負載雙組分藥物/蛋白質(zhì)納米纖維做了嘗試性研究。在乳液的油相溶液中混合羅丹明B、水相溶液中混合BSA，分別研究藥物和蛋白質(zhì)的負載和釋放情況。實驗結(jié)果表明，載藥后的納米纖維膜的熱穩(wěn)定性幾乎沒有改變，而由于藥物或蛋白的加入，影響了纖維的結(jié)晶性。釋放實驗表明，位于纖維殼層

9、的藥物會以較快的速度釋放，且伴有突釋現(xiàn)象發(fā)生；而包裹于纖維芯層的藥物或蛋白則會在長時間內(nèi)(2周)穩(wěn)定并持續(xù)釋放。
　　 本文對凝膠靜電紡絲聚己內(nèi)酯做了嘗試性研究，并期望對帶有珠狀或塊狀物質(zhì)的靜電紡絲纖維做出理論上的解釋。通過對凝膠溶液凝膠點的確定和分析，得知在靜電紡絲過程中如果出現(xiàn)凝膠的現(xiàn)象則會使紡絲液提前固化，從而在纖維上出現(xiàn)珠狀或塊狀物質(zhì)。
　　 本文采用三種靜電紡絲方法(即混合、同軸和乳液靜電紡絲)制備活性納米纖維