含側(cè)氨基聚醚酯多嵌段共聚物的設計合成、RGD固定及對細胞行為的調(diào)控研究.pdf

1、組織工程支架材料的設計必須模仿天然細胞外基質(zhì)的主要結(jié)構和功能，論文設計采用能促進細胞特異性黏附的短肽RGD對合成的支架材料進行生物學修飾，通過控制聚合物的組成和結(jié)構以調(diào)控RGD在材料表面的密度和分布，從而調(diào)控細胞在材料表面的行為。本論文的研究對于組織工程支架材料的仿生設計有重要的參考價值。 聚丙交酯(PLA)、聚乙交酯(PGA)以及它們的共聚物聚乙/丙交酯(PLGA)是組織工程中常采用的支架材料。天冬氨酸(Asp)是人體必需氨基

2、酸，乙二醇(EG)和聚乙二醇(PEG)均具有良好的親水性和生物相容性。本論文首先分別以不同分子量的二醇(Diol：乙二醇EG、二縮三乙二醇TEG、三縮四乙二醇BEG以及PEG200，400，600)與天冬氨酸酐縮聚，合成系列兩端為羥基的交替預聚物poly(N-Cbz-L-Asp-alt-Diol)。1HNMR和GPC結(jié)果顯示：Diol鏈段越短，預聚物的縮聚度越大，導致預聚物分子量和Asp含量增大。以預聚物為大分子引發(fā)劑，辛酸亞錫為催化劑

3、引發(fā)交酯(LA或LA/GA)開環(huán)均聚或共聚，合成了系列含側(cè)氨基的PLGA/PLA-(L-Asp-alt-Diol)x-PLGA/PLA三嵌段共聚物。GPC結(jié)果顯示除poly(N-Cbz-L-Asp-alt-EG)引發(fā)交酯開環(huán)聚合所得到的聚合物存在少許均聚物外，其它組分的預聚物引發(fā)交酯開環(huán)均能得到單分布的三嵌段共聚物。預聚物中Diol鏈段越短，交酯的轉(zhuǎn)化率越低，但分子量較大，分子量分布較寬；共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)主要由Diol鏈段

4、長度和共聚物分子量決定，Diol鏈段越短以及共聚物分子量越大，共聚物的Tg越高。 在此基礎上研究了PLA-(L-Asp-alt-Diol)x-PLA共聚物的組成、預聚物的含量(5，10，15，20wt％)對共聚物分子量、Tg、共聚物中Asp含量、共聚物的親疏水性、共聚物的體外降解規(guī)律和降解機理的影響。結(jié)果顯示：隨著預聚物在共聚物中含量的增加，聚酯鏈段相對變短，共聚物的分子量和Tg降低，但共聚物的親水性會明顯增強；共聚物中隨著Di

5、ol鏈段長度增加和共聚物中預聚物含量降低，Asp的含量從0.90mmol·g-1下降到0.03mmol·g-1。 PLA-(L-Asp-alt-Diol)x-PLA共聚物在pH為7.3的磷酸鹽緩沖溶液中(37℃)中降解實驗顯示：共聚物中PLA鏈段分子量越大，易于水解的酯鍵數(shù)目增多，初始粘度下降速率越快，質(zhì)量損失滯后，本體水解特征越明顯；共聚物中Diol鏈段越長(PEG600)，預聚物含量越高(20％)，共聚物的親水性越強，質(zhì)量損

6、失越快，表面蝕解特征明顯。根據(jù)共聚物在降解過程中組成的變化規(guī)律，可以推斷出共聚物的降解首先主要發(fā)生在聚乳酸鏈段，隨著降解的進行天冬氨酸與Diol之間的酯鍵和聚乳酸鏈段與二醇之間的酯鍵開始斷裂。 采用表面接觸角儀、XPS和AFM等手段考察了共聚物中Diol的分子量和含量對共聚物膜表面性質(zhì)如親水性(表面接觸角)、表面化學組成、表面形貌結(jié)構等的影響，進一步研究了細胞在不同組成材料表面的黏附和增殖行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以丙酮為溶劑時，共聚物的

7、親水基團最傾向于膜表面集中，共聚物膜的表面接觸角最小，親水性增強。對于不同組成的聚合物，親水性隨共聚物分子中Diol鏈段長度增加和預聚物含量的增加而增強。同時，二醇鏈段越長，共聚物表面的微相分離更為明顯。細胞在材料表面的黏附和增殖效率亦隨共聚物組成改變而改變，表面N元素含量為1.27％、相分離形成的親水微區(qū)面積約1～2μm的PLA-(L-Asp-alt-BEG)x-PLA共聚物最有利于細胞的黏附和增殖。 最后，將PLA-(L-A

8、sp-alt-Diol)x-PLA中側(cè)氨基轉(zhuǎn)化為側(cè)羧基，進一步活化側(cè)羧基，將活化后的共聚物在水介質(zhì)中自組裝形成膠束，使得功能基團暴露在膠束表面并與RGD分子鍵合，采用1HNMR確證了其結(jié)構。通過在含有不同RGD密度和分布的仿生材料表面復合犬骨髓基質(zhì)干細胞，檢測細胞的黏附和增殖行為，發(fā)現(xiàn)鍵合RGD活性分子之后的仿生材料相對鍵合之前能有效地促進細胞黏附和增殖。在鍵合有RGD的PLA-(L-Asp-alt-Diol)x-PLA三種仿生材料中，