超臨界CO2發(fā)泡法制備生物活性多孔PLGA支架及活性因子釋放過程研究.pdf

1、超臨界CO2發(fā)泡利用超臨界CO2對聚合物的塑化作用，降低聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔融溫度，在溫和的條件下制備得到多孔支架。目前對利用超臨界CO2發(fā)泡制備高密度微孔材料的研究較多，關(guān)于組織工程支架制備方面的研究仍處于發(fā)展階段。本文以PLGA為基質(zhì)，基于超臨界CO2發(fā)泡技術(shù)制備了具有可控孔結(jié)構(gòu)的多孔PLGA支架，在此基礎(chǔ)上得到了負(fù)載生物活性因子的多孔PLGA支架，深入研究了生物活性因子的負(fù)載方法及其從多孔支架中的釋放行為與釋放機理，以期用于

2、骨組織工程中。
　　首先，以亞微米級NaCl(＜1μm)為致孔劑，利用超臨界CO2發(fā)泡/顆粒瀝濾法制備具有開孔結(jié)構(gòu)的PLGA支架。其中NaCl顆粒不僅可以作為致孔劑，瀝濾后在基質(zhì)內(nèi)形成微孔，而且可以作為成核劑，有效增強發(fā)泡過程中的成核行為。當(dāng)NaCl的添加量為5％和20％時，均可得到具有開孔結(jié)構(gòu)的支架，其孔徑分別為170±44μm和67±25μm。隨著NaCl添加量增加至50％，NaCl顆粒更利于形成氣核，不利于氣核生長，易在發(fā)泡

3、中形成微小孔，同時支架中由NaCl顆粒瀝濾形成的微孔增多，制備得到的支架孔徑呈減小的趨勢。另外，操作壓力與溫度通過改變CO2在聚合物中的溶解、擴散和聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及黏度，影響制備得到的支架的多孔結(jié)構(gòu)。
　　其次，引入成核劑超臨界CO2發(fā)泡法一步制備具有雙/多模式孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合支架，其中亞微米級羥基磷灰石不僅在發(fā)泡過程中承擔(dān)成核劑的作用，而且可有效提高多孔支架的機械強度和生物活性。在實驗條件范圍內(nèi)，即成核劑的添加量5～20％，

4、操作溫度35～55℃，泄壓速率低至0.1MPa/min，均可以很好地制備得到具有雙模式孔結(jié)構(gòu)的支架。操作壓力對發(fā)泡過程的影響較大，當(dāng)壓力小于9 MPa時，可以得到具有多模式孔結(jié)構(gòu)的支架;而當(dāng)壓力大于15 MPa時，易形成具有高密度微孔分布的多孔結(jié)構(gòu)。引入羥基磷灰石作為成核劑，制備得到的復(fù)合支架的連通孔隙率為52.53±2.69％～83.08±2.42％，壓縮模量為2.67±0.37～18.15±5.16 MPa，可以基本滿足硬骨和軟骨組

5、織的要求。該方法避免了顆粒瀝濾過程，可以一步制備具有雙/多模式孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合支架。
　　第三，基于超臨界CO2發(fā)泡技術(shù)制備負(fù)載生物活性因子的多孔PLGA支架。活性因子負(fù)載的形式直接決定了其在支架中的分布和釋放行為，本研究針對三種活性因子，分別采用了不同的負(fù)載方式，研究活性因子從支架的釋放行為。(1)將超臨界溶液浸漬與發(fā)泡相耦合，在藥物負(fù)載的同時實現(xiàn)基質(zhì)的發(fā)泡，制備負(fù)載布洛芬的多孔PLGA支架。藥物負(fù)載量為3.65±0.67％(w/w

6、)，經(jīng)超臨界CO2浸漬到基質(zhì)中的布洛芬可作為隨后發(fā)泡過程的成核劑，增強成核行為。(2)采用共溶/乳化-溶劑揮發(fā)法制備負(fù)載地塞米松的PLGA微球、壓片，隨后利用超臨界CO2發(fā)泡/顆粒瀝濾法制備負(fù)載地塞米松的多孔支架。與布洛芬的情形相似，地塞米松在發(fā)泡過程中也有助于形成氣核、孔合并和孔壁破裂，形成連通性較好、孔壁粗糙的支架。(3)對于水溶性較好的白蛋白分子，將其包裹于另一種微球載體葡聚糖G50內(nèi)，凍干后再與PLGA基質(zhì)混合壓片，發(fā)泡得到的支

7、架具有更穩(wěn)定的釋放效果。結(jié)果表明，利用三種不同的負(fù)載方式制備得到的負(fù)載生物活性因子的多孔支架具有不同的釋放效果，為實現(xiàn)兩種以上活性因子的負(fù)載及多重釋放模式奠定了基礎(chǔ)。利用Ritger-Peppas方程對生物活性因子從多孔PLGA支架中的釋放行為進(jìn)行擬合，布洛芬和白蛋白的釋放屬于菲克擴散;地塞米松屬于非菲克擴散。
　　最后，以小分子藥物為代表，詳細(xì)考察了載藥支架釋放體系中聚合物、藥物和水三者之間的相互作用，研究藥物從多孔PLGA支架

8、的釋放機理。利用超臨界溶液浸漬負(fù)載的布洛芬和共溶/乳化-溶劑揮發(fā)法負(fù)載的地塞米松均以分子形式均勻分散在聚合物基質(zhì)內(nèi)部，聚合物的自由體積和鏈蠕動性會影響藥物的擴散，其中鏈蠕動性占據(jù)主導(dǎo)地位。水分子以本體水或弱氫鍵結(jié)合的結(jié)合水形式擴散進(jìn)入PLGA內(nèi)，促進(jìn)PLGA鏈段的運動，與PLGA的基團(tuán)發(fā)生弱氫鍵和疏水相互作用。水分子與PLGA之間的相互作用會影響多孔支架的體積、孔結(jié)構(gòu)和孔隙率，特別是對具有高密度大孔結(jié)構(gòu)的支架。與PEG共聚有助于改善PL

9、GA的親水性，在生理條件下改性PLGA支架仍能維持多孔結(jié)構(gòu)。此外，藥物從多孔支架的釋放也會受到此相互作用力影響。疏水性較強的PLGA會阻礙水分子擴散進(jìn)入基質(zhì)內(nèi)部，影響藥物通過溶解進(jìn)行擴散，而加速藥物通過聚合物鏈的蠕動性進(jìn)行擴散。布洛芬、地塞米松和PLGA在水中均帶負(fù)電，會產(chǎn)生靜電排斥作用。分析表明布洛芬從多孔PLGA支架中的釋放速率應(yīng)大于地塞米松，這與實驗結(jié)果相一致。
　　超臨界CO2發(fā)泡技術(shù)的優(yōu)勢在于過程簡單、不使用有機溶劑、操