力生長因子24肽修飾的聚乳酸仿生骨基質(zhì)材料的研究.pdf

1、生物材料的應(yīng)用范圍及發(fā)展水平已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化醫(yī)療水平的重要標(biāo)志。隨著我們步入21世紀(jì)，尋找和人體組織天然結(jié)構(gòu)和性能相類似的生物材料，即可完全整合的、使受損組織可完全再生的生物材料成為當(dāng)今社會(huì)生物醫(yī)用材料研究的熱點(diǎn)。聚乳酸材料因具有良好的生物相容性和生物可降解性，被美國FDA批準(zhǔn)可以作為手術(shù)縫合線、人造血管、藥物載體和組織工程支架等材料，說明聚乳酸在體內(nèi)是可以安全使用的。但是，聚乳酸缺乏人體細(xì)胞特異性識(shí)別的信號(hào)位點(diǎn)，不具

2、有生物活性，限制了其在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的使用。因此，對(duì)聚乳酸進(jìn)行仿生改性設(shè)計(jì)和研究，無疑會(huì)對(duì)這種全生物降解無殘留的生物材料的發(fā)展產(chǎn)生重要的科學(xué)意義和深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。
　　本研究以馬來酸酐改性聚乳酸（MPLA）為原料，按照材料整體仿生修飾的思路，以1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亞胺鹽酸鹽（EDC）和N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）為縮合劑，通過酰胺鍵將生物活性多肽力生長因子E結(jié)構(gòu)域24肽（即羧基端24肽，MGF-Ct24E）共價(jià)結(jié)

3、合到MPLA的側(cè)鏈上，從而成功制備了一種新型聚乳酸基仿生骨組織工程支架材料（MGF-Ct24E-MPLA）。該材料具有適合于骨組織工程應(yīng)用的力學(xué)性能和良好的生物相容性、生物降解性。本文以這種新型的聚乳酸基仿生骨組織工程支架材料為研究對(duì)象，以促進(jìn)骨損傷修復(fù)為研究目標(biāo)，利用傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）、X射線光電子能譜儀（XPS）、差示掃描量熱儀（DSC）、氨基酸分析儀（AAA）、元素分析儀（EA）以及常規(guī)化學(xué)分析方法對(duì)其基本結(jié)構(gòu)和性能

4、進(jìn)行測試，并詳細(xì)考察了它們的基本物理性能及力學(xué)性能、體外降解性能、降解產(chǎn)物對(duì)炎癥反應(yīng)的影響和生物相容性。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　1.在不改變MPLA主鏈結(jié)構(gòu)的前提下，以EDC和NHS為縮合劑，通過酸酐基團(tuán)與生物活性多肽MGF-Ct24E的氨基之間發(fā)生N-?；磻?yīng)，成功將MGF-Ct24E引入到MPLA的酸酐分子骨架中從而制備出一種新型仿生聚乳酸基質(zhì)材料：
　?、貴TIR、XPS、AAA和EA分析結(jié)果表明：MGF-Ct2

5、4E成功接枝到MPLA中，并且MGF-Ct24E在MGF-Ct24E-MPLA材料中的平均含量是1.05μmol/g，接枝效率是29.91％；
　　②DSC分析顯示，MPLA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）為42.73℃，而MGF-Ct24E改性MPLA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度則升高到55.85℃。
　　2.通過材料的分子量、靜態(tài)水接觸角、吸水率以及材料拉伸和壓縮性能的測試，考察了PDLLA、MPLA和MGF-Ct24E-MPLA三種聚合物

6、材料的基本物理性能和力學(xué)性能：
　?、偃N聚合物的分子量大小依次為PDLLA>MPLA>MGF-Ct24E-MPLA。這是因?yàn)殡S著馬來酸酐和MGF-Ct24E對(duì)PDLLA的相繼改性，PDLLA在反應(yīng)過程中也相繼發(fā)生了熱降解和氨解現(xiàn)象，使PDLLA的分子量不斷降低；
　?、谌N聚合物的親水性依次為PDLLA

7、-COOH，-OH，-NH2，-CONH-等）相繼增多，從而提高了PDLLA的親水性；
　?、垴R來酸酐的引入使PDLLA拉伸和壓縮性能增強(qiáng)，而MGF-Ct24E改性MPLA則降低了MPLA的拉伸和壓縮強(qiáng)度。
　　3.研究MGF-Ct24E-MPLA、PDLLA和MPLA三種聚合物材料的降解性能以及降解產(chǎn)物的炎癥反應(yīng)。聚合物降解性能的評(píng)價(jià)是通過體外降解實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的，主要考察了降解過程中MGF-Ct24E-MPLA、PDLLA和M

8、PLA三種聚合物材料降解體系的pH值的變化以及它們的表面形貌、失重率和吸水率的變化。通過將巨噬細(xì)胞和MGF-Ct24E-MPLA、PDLLA、MPLA三種聚合物材料的降解產(chǎn)物進(jìn)行共培養(yǎng)，研究它們對(duì)巨噬細(xì)胞的形態(tài)和TNF-α、IL-1β和NO等炎癥因子分泌情況的影響：
　　①體外降解實(shí)驗(yàn)說明，與PDLLA和MGF-Ct24E-MPLA相比，MPLA在降解過程中降解體系的pH值增長最快，酸致自催化降解的程度最大，由此而引起的失重率最大

9、，降解速率最快。而與MPLA和PDLLA相比，堿性多肽MGF-Ct24E的引入使MGF-Ct24E-MPLA降解體系的pH呈上升趨勢，失重率減小，吸水率增大，酸致自催化降解引起的整體溶蝕降解的程度也降低。這說明MGF-Ct24E-MPLA具有良好的降解穩(wěn)定性；
　?。?）炎癥反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)表明，MPLA的降解產(chǎn)物能夠刺激巨噬細(xì)胞最大限度的鋪展，偽足增多、增長，PDLLA的降解產(chǎn)物次之，MGF-Ct24E-MPLA降解產(chǎn)物的效果則沒有那

10、么明顯。同時(shí)，和PDLLA相比，MPLA的降解產(chǎn)物能夠提高巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的TNF-α、IL-1β和NO，而MGF-Ct24E-MPLA的降解產(chǎn)物則顯著降低了這三種炎癥因子的產(chǎn)生，說明多肽MGF-Ct24E的引入能夠緩解PDLLA降解過程中引發(fā)的炎癥反應(yīng)。
　　4.通過體外實(shí)驗(yàn)，利用SD大鼠乳鼠的顱骨成骨細(xì)胞和MPLA、MGF-Ct24E/MPLA混合物和MGF-Ct24E-MPLA三組聚合物材料共培養(yǎng)的評(píng)估模型，對(duì)成骨細(xì)胞在上述三組

11、材料上的形態(tài)、黏附、增殖、分化和礦化情況進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和描述：
　?、倥c對(duì)照組 MPLA材料相比，成骨細(xì)胞在 MGF-Ct24E/MPLA混合物和MGF-Ct24E-MPLA材料上黏附的數(shù)目更多，細(xì)胞形態(tài)更好，且成骨細(xì)胞在這兩種材料表面的黏附和鋪展沒有明顯差異（P<0.05）。
　?、谂c對(duì)照組 MPLA材料相比，在細(xì)胞和生物材料相互作用的早期，MGF-Ct24E/MPLA混合物和MGF-Ct24E-MPLA兩種材料更有利于

12、成骨細(xì)胞的增殖，但隨著細(xì)胞和生物材料相互作用時(shí)間的延長（大于3天），MGF-Ct24E/MPLA共混聚合物中的MGF-Ct24E大部分都已釋放出來，使其促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖的作用逐漸減弱，而MGF-Ct24E-MPLA材料中的MGF-Ct24E則隨著MGF-Ct24E-MPLA的降解緩慢的釋放出來，這使其在長時(shí)間內(nèi)能更好的促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖。
　?、叟c對(duì)照組MPLA材料相比，MGF-Ct24E/MPLA混合物和MGF-Ct24E-MP

13、LA兩種材料抑制成骨細(xì)胞早期的分化，促進(jìn)后期的分化，其中MGF-Ct24E-MPLA材料對(duì)成骨細(xì)胞的分化促進(jìn)效果更明顯。針對(duì)MGF-Ct24E-MPLA材料對(duì)成骨細(xì)胞分化的這種雙重作用，我們得出MGF-Ct24E-MPLA材料并不是抑制成骨細(xì)胞的早期分化，而是延遲了其分化過程。
　?、芘c對(duì)照組MPLA材料相比，MGF-Ct24E-MPLA具有顯著的促進(jìn)成骨細(xì)胞礦化的能力，而MGF-Ct24E/MPLA混合物和MPLA材料影響成骨細(xì)