基于鱼胶原制备多孔支架构建组织工程软骨的实验研究

来源 :潍坊医学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:susame1976
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背景:支架材料是决定能否成功构建组织工程软骨的重要因素之一,近年来,随着组织工程领域的不断发展,材料的性能也在不断的完善。胶原蛋白由于具有来源广泛、容易获得,较低的免疫原性,良好的生物相容性,可在生物体内降解吸收,带有较多的功能基团,并且利于改性、便于加工成各种形状等诸多优点,因此是最理想的组织工程软骨支架材料之一,其中又以牛来源胶原蛋白的应用最为广泛。虽然以牛胶原为基础的支架很多优势,但是同时存在许多不足,例如,牛胶原材料来源紧缺,价格高昂,特别是我国人口基数大,牛肉作为食物来源之一,需求过大,导致用与生物材料的胶原数量受限,目前仍以进口产品为主。其次,牛胶原还具有猪流感、疯牛病、口蹄疫等人畜共患病毒的潜在传播风险。同时,由于受到宗教礼数的限制,有些国家和地区也禁止提取和应用牛胶原。因此,基于以上缺点,寻找一种能够替代牛胶原的胶原材料成为了一个迫在眉睫的问题。我国海岸线绵长,海洋资源丰富,物种繁多,从十三五以来基于海洋生物材料的开发与应用逐渐成为热点及国家重点支持的领域。所以,从海洋生物提取而来的鱼胶原蛋白成为解决问题的关键。已有研究表明,从水母,鲨鱼,鲑鱼等海洋生物提取的胶原不仅能够促进干细胞成软骨分化,还具有一定的抗氧化作用,有利于保持软骨细胞的活力,抵抗细胞衰老的作用,同时,无论在生理还是病理条件下,鱼胶原的降解产物具有影响对软骨细胞代谢的作用。以上研究说明,鱼胶原蛋白有望成为构建组织工程软骨支架的理想材料。同时,相比于牛胶原,尤其是在我国,鱼胶原的原材料来源更为丰富,价格更为低廉,并可避免人畜共患疾病的传播,有望成为重要的软骨组织工程支架材料来源。目的:本研究主要探究基于鱼胶原制备多孔支架构建组织工程软骨的可行性。我们应用冷冻干燥和静电纺丝两种方式分别制备两种类型的支架,探讨他们是否能够用于构建组织工程软骨。方法:(1)冷冻干燥法:将鱼胶原与去离子水以不同比例(0.5%,1%和2%)混合,随后通过冷冻干燥制备成多孔支架,进行大体观,扫描电镜观测,孔隙率,材料稳定性,吸水性及力学性能检测。将支架植入大鼠皮下14天后进行免疫原性评估,取兔耳软骨细胞以相同比例接种于不同浓度比的冷冻干燥多孔海绵支架后,于体外培养1,4,7天后分别进行活-死细胞染色,以及细胞增殖实验。然后将软骨细胞接种在鱼胶原蛋白浓度为2%的海绵支架上,分别在体外培养4周、8周,在兔皮下培养4周、8周后行组织学检测观察其成软骨情况,并分别进行杨氏模量、GAG含量、DNA含量及总胶原含量的检测。最后通过以上实验选择最适合软骨生长的2%比例支架进行兔膝关节软骨缺损修复,于术后6周与12周进行组织学染色评价,分析其临床应用的潜力。(2)静电纺丝法:将鱼胶原(FC)与聚己内酯(PCL)分别以浓度比9:1、7:3、5:5混合后,通过静电纺丝技术制备成纳米纤维膜,进行大体观察,扫描电镜观测,蛋白吸收率,材料降解率,吸水性及力学性能检测。将第二代兔耳软骨细胞接种于不同浓度比例的静电纺丝纳米纤维支架后,于体外培养1,4,7天后,分别进行活-死细胞染色和细胞增殖实验。然后分别在体外培养4周,在兔皮下培养8周后行组织学检测观察其成软骨情况,并进行杨氏模量、GAG含量、DNA含量及总胶原含量检测。结果:(1)冷冻干燥法:在本研究中,我们制备多种不同浓度比的鱼胶原海绵支架,并最后通过实验证明浓度比为2%的鱼胶原多孔支架,其理化性质令人满意,包括适宜的孔隙大小及孔隙率,合适的降解率,生物相容性良好,机械强度高,免疫原性低。此外,在鱼胶原多孔支架的基础上,我们在家兔的体外和皮下移植中均实现了成熟稳定的软骨再生,并观察了原位软骨的修复情况。这些结果为多孔鱼胶原支架在未来的临床应用中提供了实验依据。(2)静电纺丝法:本研究表明鱼胶原与聚己内酯比例为9:1的静电纺丝膜适合软骨再生,该支架具有良好的理化性能,包括合适的孔隙结构、高生物相容性。此外,基于三维纳米纤维支架,我们在家兔皮下植入后获得了满意的软骨再生,并观察了原位软骨修复情况。这些实验结果证明鱼胶原静电纺丝纳米纤维支架具有极大的临床应用潜力。结论:(1)鱼胶原与聚己内酯浓度比9:1组的静电纺丝支架与鱼胶原浓度为2%的冷冻干燥支架适合软骨生长。(2)鱼胶原材料可以克服哺乳动物来源的胶原蛋白所存在的问题,且具有促进软骨生长的作用,有巨大的临床应用潜力。
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