含铜水凝胶复合的聚羟基链烷酸酯/β-磷酸三钙3D打印支架的制备及成骨抗菌性能的研究

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目的:骨缺损是骨科临床上常见的问题,致病因素复杂,如创伤、肿瘤、感染和先天性疾病等。其中,感染性骨缺损是较为棘手的类型,其治疗主要以外科干预和抗生素治疗为主。但目前经典的用于修复骨缺损的自体骨移植或者异体骨移植治疗效果存在一定缺陷,如供骨区术后疼痛、移植骨来源不足、免疫排斥反应等,且抗感染治疗过程中的细菌耐药率不断上升,成为困扰疾病治疗的主要难题。因此近年来,3D打印支架结合生物功能材料的骨组织工程技术在骨缺损修复中的研究和应用越来越受到重视。在本研究中,将聚羟基链烷酸酯(PHA)/β-磷酸三钙(β-TCP)3D打印支架(PT),与含铜(Cu)的海藻酸钙-壳聚糖水凝胶(CAC)复合,同时深入探究其表征、生物相容性、促成骨能力和抗菌能力等理化性质和生物功能活性。方法:将PHA和β-TCP按一定比例混合后使用3D打印系统制备得到PT 3D打印支架,复合不同水凝胶得到PT/CAC和PT/CAC/Cu支架。使用扫描电镜、红外光谱分析仪进行表征分析;使用CCK-8、活/死细胞染色、急性溶血实验和细胞粘附扫描电镜探究体外生物相容性;使用碱性磷酸酶实验、茜素红实验、荧光定量PCR、细胞免疫荧光实验探究体外促成骨性能;使用平板涂布实验、活/死细菌染色探究体外抗菌性能;通过颅骨缺损模型的Micro CT分析、组织切片染色探究体内骨修复效果;通过感染模型的平板涂布实验探究体内抗菌效果;通过内脏和骨缺损的组织切片染色,探究体内生物相容性。结果:我们制备了具有三维多孔结构的PT 3D打印支架,并成功复合了 CAC和CAC/Cu水凝胶。通过体内外相关实验,确定具有细胞毒性的合成Cu初始浓度,筛选出具有良好生物相容性的复合支架。通过体内外成骨相关实验证实,PT/CAC/Cu支架组的成骨诱导性能最佳。通过体内外抗菌相关实验证实,PT/CAC/Cu支架组的抗菌性能最佳。结论:我们成功的制备了一款具有三维多孔结构的含铜水凝胶3D打印支架。通过体内外相关实验,筛选出具有良好生物相容性的复合支架,并证明其具有良好的促成骨诱导性能和抗菌性能,是治疗感染性骨缺损十分有潜力的骨组织工程支架。
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