论文部分内容阅读
背景:骨缺损疾病的治疗始终是困扰临床骨科医生的一大难题。尽管目前采用自体骨或同种异体骨填充骨缺损进行重建有较好的临床效果,但其来源受限以及取材部位并发症等缺点限制其在临床上的广泛应用。随着骨组织工程等学科在天然材料改进或人工合成材料制备等方面的发展为用于骨缺损治疗的移植材料选择方面提供了希望。利用人工合成有机和无机材料制备成的复合支架材料有多方面的性能优势,如生物相容性好,可降解性和韧性高等而受到研发以及临床工作者的广泛重视。人工合成高分子复合材料具有良好的力学性能,且可降解,复合材料在完成其功能之后,直接在体内降解,避免了二次手术。聚癸二酰甘油酯（PGS）是一种可降解的高分子材料,因具有良好的体内相容性和生物活性,在临床研究中广泛被应用。马来酸酐（MAH）能通过为复合物提供羧基和羟基促进成骨细胞的粘附、增殖和分化,促进组织形成和生长,提升复合物的性能。纳米羟基磷灰石（n-HA）作为骨和牙齿最主要的无机成分,这种材料不会引发明显排异反应,但由于其脆性限制了其应用范围。将聚癸二酰甘油酯（PGS）接枝马来酸轩（MAH）制备成一种可降解的新型高分子材料（PGS-M）,促进成骨细胞粘附、增殖和分化,进一步将PGS-M与n-HA制备成兼具两者优点的复合支架材料,弥补PGS-M在力学性能上的不足,提高n-HA的生物学性能。方法:用高温真空等步骤制备PGS、PGS-M有机支架和PGS-M-n-HA系列复合支架。用核磁共振仪和傅立叶红外光谱分析PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架的化学结构。用扫描电镜观察PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架的形态表征和孔隙率。用差示扫描量热仪和热分析系统检测PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架材料热学性能。用浸泡质量丢失法测定PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架的降解性能。用万能材料试验机测试PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架的力学性能。用CCK8检测PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架对AD-MSCs的增殖能力的影响。用QPCR、WB和IF检测PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架对AD-MSCs的成骨分化能力相关基因指标的影响。用QPCR检测PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架对AD-MSCs的炎症因子表达的影响。用扫描电镜和能量色散X射线谱检测PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架的钙磷沉淀能力。用大鼠颅骨缺损模型的薄层三维CT和组织学HE染色法检测动物体内PGS-M支架和PGS-M-n-HA-0.6复合支架的成骨诱导分化能力。结果:PGS-M支架制备后检测到PGS的癸二酸的亚甲基（CH2）和甘油部分的质子信号以及马来酸轩上双键的质子信号,43%的羟基被马来酸酐取代。PGS-M-n-HA-0.4、PGS-M-n-HA-0.5、PGS-M-n-HA-0.6系列复合支架制备后,检测到在1036 cm-1有吸收峰代表n-HA的C-O形成的羟基团。从SEM图片看多孔复合支架的孔径可达150-300μm,支架的孔隙率极大,支架内部的大量的孔洞也利于细胞的迁移和粘附。PGS-M-n-HA-0.4、PGS-M-n-HA-0.5、PGS-M-n-HA-0.6复合支架的孔隙率分别为90.13%,88.21%和84.56%。PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架的玻璃化转变温度（Tg）在-25℃-30℃之间,表明了复合支架在室温保存或体温下植入都处于高弹态,具有较好的高弹形变的性能。在仪器测试的温度范围内（-50℃-150℃）,PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架没有观察到的结晶峰,氧化峰和熔融状态的吸收峰的出现。PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架的质量加热到250℃后质量开始下降,到600℃时PGS支架质量变化接近100%,PGS-M-n-HA系列复合支架质量变化至40%60%。PGS-M支架和PGS-M-n-HA系列复合支架降解呈线性关系,8周时PGS-M支架降解的质量丢失百分比最大,降解了33.26%;PGS-M-n-HA-0.4、PGS-M-n-HA-0.5、PGS-M-n-HA-0.6复合支架分别降解了25.21%、21.57%、16.34%。PGS-M-n-HA-0.4、PGS-M-n-HA-0.5、PGS-M-n-HA-0.6复合支架的压缩强度随着n-HA含量比例的提高而提高。AD-MSCs与PGS-M-n-HA系列复合支架共培养后相较于PGS-M支架的增殖能力增加。相较于PGS-M支架,PGS-M-n-HA系列复合支架促进AD-MSCs成骨分化相关基因Runx-2、Osteocalcin和CollagenI的表达。相较于PGS-M支架,PGS-M-n-HA系列复合支架抑制AD-MSCs炎症因子的释放。相较于PGS-M支架,PGS-M-n-HA系列复合支架在模拟体液中浸泡后有更多的钙磷沉积。大鼠颅骨动物模型三维CT和组织学HE的检测结果显示相较于PGS-M支架,PGS-M-n-HA-0.6复合支架在体内具有更强的促成骨能力。结论:通过高温熔融法我们成功的制备了PGS-M-n-HA-0.4、PGS-M-n-HA-0.5、PGS-M-n-HA-0.6系列复合支架材料。PGS-M-n-HA系列复合支架材料孔径、孔隙率极大利于细胞的迁移和粘附。PGS-M-n-HA系列复合支架材料在室温和体温下都处于高弹态,能表现出较好的弹性,且有较好的热稳定性。PGS-M-n-HA系列复合支架降解时间上呈线性关系,利于新骨逐渐长入,PGS-M-n-HA系列复合支架材料随n-HA比例提高,压缩强度和弹性模量不断提升。PGS-M-n-HA系列复合支架材料促进AD-MSCs的增殖和成骨分化相关因子的释放,可降低炎症反应。PGS-M-n-HA-0.6复合支架具备促进体内成骨的能力。