聚（γ-芐基-L-谷氨酸）改性納米羥基磷灰石-聚乳酸骨組織工程支架制備及生物性能研究.pdf

1、人骨是一種結締組織，主要是由生物磷灰石和骨膠原纖維構成。其中羥基磷灰石（HA）是人體硬組織，如骨骼和牙齒的主要無機成分，它為硬組織提供很好的剛性；骨膠原纖維是一種天然高分子，它賦予骨良好的柔韌性和優(yōu)異的生物活性。從材料學角度而言，大自然把有機物與無機物互相巧妙而緊密地結合起來形成骨，滿足了骨的生物學和力學要求。多年來，人們一直試圖通過將無機非金屬材料和有機高分子材料復合，制備多級結構納米材料來模仿天然骨。
　　人工合成的HA成分和

2、結構與骨相似，具有優(yōu)良的生物相容性和骨傳導，廣泛應用于骨科。左旋聚乳酸（PLLA）作為一種性能優(yōu)異的可降解高分子材料，已被美國食品藥品管理局（FDA）許可應用于臨床，在藥物控釋和組織修復方面具有廣闊的應用前景。將納米 HA（n-HA）與可降解的 PLLA復合可以將 HA的成骨性能與 PLLA的生物相容性結合，獲得性能優(yōu)異的復合材料。但還存在諸如HA納米顆粒分散性不好，HA與PLLA界面相容性差，易相分離，植入體內后骨結合能力不理想等問題

3、，已經成為制約其最終應用的一個關鍵因素。n-HA/PLLA復合材料的制備方法還有很大的研究空間，通過對實驗數據進行可靠的統(tǒng)計分析，有助于研制具有更好的力學性能、生物相容性和成骨性的復合材料。
　　本文從HA納米粒子表面改性出發(fā)，設計并制備了改性n-HA/PLLA組織工程支架，并通過體內、體外實驗對材料的性能進行了研究，主要內容如下：
　　采用表面接枝聚（γ-芐基-L-谷氨酸）（PBLG）的改性n-HA（PBLG-g-HA）與

4、PLLA復合，獲得新型HA-g-PBLG/PLLA納米復合材料。通過對HA表面化學改性，有效改善了n-HA在氯仿溶液中的均勻分散性，實現了HA表面從親水性到疏水性的轉變，進而可以增強 HA與 PLLA基體的相互作用。采用相分離技術制備了具有三維多孔結構的組織工程支架，其孔隙率在85％以上，孔徑在30~200μm，具有大孔小孔共存的多級結構。通過觀察骨髓間充質干細胞（BMSCs）形態(tài)及其細胞增殖狀況，對成骨細胞在支架表面的粘附、生長和增殖

5、的情況進行探究；通過實時定量熒光PCR（RT-PCR）實驗技術檢測成骨相關基因的表達；通過對鼠顱骨和股骨缺損進行體內修復實驗，考察材料的骨修復效果及其臨床應用潛能。
　　研究結果表明，PBLG-g-HA/PLLA復合材料由于加入了 n-HA，其細胞粘附、生長、增殖和以及I型膠原（COL-I）等成骨相關基因的表達明顯上調；三維支架材料的生物學性能和動物骨骼修復效果明顯優(yōu)于 HA/PLLA復合材料和 PLLA高分子材料；體外實驗顯示當

6、 PBLG-g-HA在復合材料中比重為10%時，體外誘導BMSCs成骨向分化的能力最強；體內實驗μ-CT、H&E染色和 I型膠原蛋白（Col-I）免疫組化結果顯示，PBLG-g-HA/PLLA組織工程支架的骨生成性能明顯增高；利用 TRAP染色評價不同支架對于破骨細胞數及染色濃度的影響，觀察到處理組間染色濃度和破骨細胞數沒有顯著差別，而空白對照組表面的破骨細胞數量更多。
　　與文獻相比，在 HA表面改性方面的文獻多數集中于改善其浸

7、潤性，而對改性 HA的生物性能卻較少關注。本文的主要創(chuàng)新在于：材料結構設計方面在充分考慮到界面物理性能的同時，又兼顧了材料的生物性能的提高，同時實現了物理性能和生物性能的改善；此外，本文所采用的改性方法在室溫即可完成，同時適用于多種氨基酸單體的聚合及材料表面改性的處理，具有很好的普適性。另外，本文深入研究了PBLG-g-HA/PLLA納米復合材料的生物相容性、成骨活性，為新材料的制備和臨床應用提供了實驗依據，同時證明PBLG-g-HA/