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第一部分新型支化聚乙烯多孔支架材料的制备及其生物相容性评估
目的
利用新型支化聚乙烯弹性体作为材料本体构建可用于软组织修复的组织工程多孔支架。探索制备聚乙烯多孔支架的可行性,获得具有合适孔隙率,孔连通性及孔径大小的支架。观察材料本体及多孔支架的理化特征,评估材料体外及体内生物相容性。以期构建出具有良好生物相容性,能快速被组织整合的多孔支架材料,为后续作为睑板替代材料提供可能。
方法
选用明胶粒子作为致孔剂制备支化聚乙烯支架。扫描电镜观察本体材料及支架的微观结构,排乙醇法测定支架孔隙率。浸提液法检测材料对NIH/3T3成纤维细胞和人静脉内皮细胞的毒性,FDA活细胞染色观察细胞在材料表面黏附与增殖,共聚焦显微镜观察三维培养下人静脉内皮细胞在支架上的细胞行为。大鼠背部皮下植入支架,通过组织学及分子生物学以评估材料体内宿主组织反应。
结果
支化聚乙烯弹性体结构疏松,表面疏水。以孔径280-480m的明胶颗粒为模板可以制备结构稳定,孔隙率可达90%,且孔连通性良好的多孔支架。CCK-8试验检测支化聚乙烯浸提液对NIH/3T3成纤维和人静脉内皮细胞毒性,各时间点细胞增殖与空白对照无显著差异(P>0.05)。人静脉内皮细胞在材料表面黏附与增殖优于NIH/3T3成纤维细胞。人静脉内皮细胞在支架上三维培养7天后,支架被完全内皮细胞化。植入大鼠背部后,支架只引起短暂且轻微的炎症反应,快速的血管化,以及适量的胶原沉积。分子生物学结果显示炎症因子表达处于较低水平,而血管化和胶原沉积相关基因表达上调,与组织学结果基本一致。
结论
支化聚乙烯弹性体具有良好的可加工性和成膜性能。明胶模板致孔剂法可适用于制备孔隙率高,孔径适度,孔连通性良好的多孔支架。浸提液实验及细胞直接接触实验提示材料在体外没有明显细胞毒性。多孔支架体内植入后引起轻微的炎症反应,并能被快速的纤维血管化,材料与宿主组织整合良好。
第二部分新型支化聚乙烯睑板材料应用于眼睑损伤修复的研究
目的
评估天然睑板及支化聚乙烯多孔支架的力学性能及微纳结构。分析评价其作为睑板替代材料在原位植入兔眼睑缺损中的修复效果,为支化聚乙烯支架材料在组织工程中的应用提供新的思路和实验基础。
方法
获取兔新鲜睑板组织,观察其力学性能,组织学组成及生物学功能。分析支化聚乙烯支架和Medpor对照材料的力学性能和微纳结构,评估其与天然睑板的性能及结构仿生可行性。建立兔睑板缺损动物模型,原位植入支化聚乙烯支架及Medpor材料,通过病理组织切片H&E和Masson染色观察炎症反应,支架位置,组织整合等情况,综合评估材料与眼睑组织的相互作用。
结果
兔睑板由致密纤维结缔组织包裹规律排列的睑板腺组成,平均拉伸模量为0.92±0.1MPa,断裂伸长率为50.8±10.4%。支化聚乙烯支架及Medpor植片的弹性模量及断裂伸长率为分别0.8±0.1MPa,76.2±2.8%,和30.2±4.5Mpa,7.0±1.1%。成功构建兔睑板缺损模型,术后4周,如果没有进行睑板重建,睑板表现为疤痕收缩,形成眼睑切迹。植入支化聚乙烯支架组修复效果优于Medpor植入组。经H&E染色可见,支化聚乙烯支架内部被纤维血管组织整合,材料位置稳定,而Medpor内部组织浸润不足,部分出现移位及暴露。Masson染色结果显示,支化聚乙烯支架和Medpor支架引起的纤维包裹厚度为134.4±24.9?m和271.6±46.5?m。
结论
支化聚乙烯多孔支架具有与天然睑板相似的力学性能,相比于Medpor材料在植入眼睑后能更快速被纤维血管化,与宿主整合,具有更好的稳定性,且材料刚度与组织相近,可以支持和适应眼睑形态。本研究尝试构建结构和力学性能与组织匹配的替代材料,为眼睑重建提供了新的材料来源和思路。
第三部分仿睑板-结膜双层复合支架的制备及其对眼睑损伤修复的研究
目的
基于睑板-结膜组织的组成及结构,探索构建可以同时重建睑板和结膜组织的双层复合材料。微观层面分析双层支架材料对细胞行为的影响,进一步原位评估该材料对眼睑后层缺损修复效果。
方法
通过将软材料胶原/壳聚糖(Col/CS)复合至硬材料聚富马酸丙二醇酯/甲基丙烯酸羟乙酯(PPF-HEMA)获得双层复合支架。扫描电镜观察支架形态及孔结构,排乙醇法测量支架孔隙率,通用力学试验机测试材料的压缩及拉伸性能,根据支架在磷酸盐缓冲液中的质量损失分析体外降解性能。观察人结膜上皮细胞(CjECs)在支架中的细胞黏附,增殖活性,迁移行为等。构建兔眼睑后层缺损模型,原位植入评估双层支架的修复效果。
结果
成功构建了PPF-COL双层复合支架,韧性的PPF-HEMA支架做为骨架材料,支撑柔性Col/CS内衬,模拟眼睑后层睑板-结膜双层结构。双层支架具有高孔隙率,约90%,表层Col/CS及底层PPF-HEMA孔径分别约为95?m和235?m,体外降解稳定,降解12周时,原有宏观及微观结构保持良好。CjECs细胞在双层支架中增殖明显高于单纯PPF-HEMA支架,且趋向于向Col/CS表面迁移,汇合。在眼睑重建模型中,复合一定厚度的Col/CS的双层支架可以明显促进结膜缺损闭合,再上皮化,再生组织中结膜上皮特异性染色CK4和MUC5AC阳性。
结论
Col/CS与PPF-HEMA骨架复合后,双层支架在体外表现出更好的细胞黏附和增殖能力。在兔眼睑后层缺损修复中,具有较好的重建效果,同时支持功能性结膜组织再生。本研究结果为组织工程眼睑缺损重建的理想替代物的设计和构建提供了新的概念。
目的
利用新型支化聚乙烯弹性体作为材料本体构建可用于软组织修复的组织工程多孔支架。探索制备聚乙烯多孔支架的可行性,获得具有合适孔隙率,孔连通性及孔径大小的支架。观察材料本体及多孔支架的理化特征,评估材料体外及体内生物相容性。以期构建出具有良好生物相容性,能快速被组织整合的多孔支架材料,为后续作为睑板替代材料提供可能。
方法
选用明胶粒子作为致孔剂制备支化聚乙烯支架。扫描电镜观察本体材料及支架的微观结构,排乙醇法测定支架孔隙率。浸提液法检测材料对NIH/3T3成纤维细胞和人静脉内皮细胞的毒性,FDA活细胞染色观察细胞在材料表面黏附与增殖,共聚焦显微镜观察三维培养下人静脉内皮细胞在支架上的细胞行为。大鼠背部皮下植入支架,通过组织学及分子生物学以评估材料体内宿主组织反应。
结果
支化聚乙烯弹性体结构疏松,表面疏水。以孔径280-480m的明胶颗粒为模板可以制备结构稳定,孔隙率可达90%,且孔连通性良好的多孔支架。CCK-8试验检测支化聚乙烯浸提液对NIH/3T3成纤维和人静脉内皮细胞毒性,各时间点细胞增殖与空白对照无显著差异(P>0.05)。人静脉内皮细胞在材料表面黏附与增殖优于NIH/3T3成纤维细胞。人静脉内皮细胞在支架上三维培养7天后,支架被完全内皮细胞化。植入大鼠背部后,支架只引起短暂且轻微的炎症反应,快速的血管化,以及适量的胶原沉积。分子生物学结果显示炎症因子表达处于较低水平,而血管化和胶原沉积相关基因表达上调,与组织学结果基本一致。
结论
支化聚乙烯弹性体具有良好的可加工性和成膜性能。明胶模板致孔剂法可适用于制备孔隙率高,孔径适度,孔连通性良好的多孔支架。浸提液实验及细胞直接接触实验提示材料在体外没有明显细胞毒性。多孔支架体内植入后引起轻微的炎症反应,并能被快速的纤维血管化,材料与宿主组织整合良好。
第二部分新型支化聚乙烯睑板材料应用于眼睑损伤修复的研究
目的
评估天然睑板及支化聚乙烯多孔支架的力学性能及微纳结构。分析评价其作为睑板替代材料在原位植入兔眼睑缺损中的修复效果,为支化聚乙烯支架材料在组织工程中的应用提供新的思路和实验基础。
方法
获取兔新鲜睑板组织,观察其力学性能,组织学组成及生物学功能。分析支化聚乙烯支架和Medpor对照材料的力学性能和微纳结构,评估其与天然睑板的性能及结构仿生可行性。建立兔睑板缺损动物模型,原位植入支化聚乙烯支架及Medpor材料,通过病理组织切片H&E和Masson染色观察炎症反应,支架位置,组织整合等情况,综合评估材料与眼睑组织的相互作用。
结果
兔睑板由致密纤维结缔组织包裹规律排列的睑板腺组成,平均拉伸模量为0.92±0.1MPa,断裂伸长率为50.8±10.4%。支化聚乙烯支架及Medpor植片的弹性模量及断裂伸长率为分别0.8±0.1MPa,76.2±2.8%,和30.2±4.5Mpa,7.0±1.1%。成功构建兔睑板缺损模型,术后4周,如果没有进行睑板重建,睑板表现为疤痕收缩,形成眼睑切迹。植入支化聚乙烯支架组修复效果优于Medpor植入组。经H&E染色可见,支化聚乙烯支架内部被纤维血管组织整合,材料位置稳定,而Medpor内部组织浸润不足,部分出现移位及暴露。Masson染色结果显示,支化聚乙烯支架和Medpor支架引起的纤维包裹厚度为134.4±24.9?m和271.6±46.5?m。
结论
支化聚乙烯多孔支架具有与天然睑板相似的力学性能,相比于Medpor材料在植入眼睑后能更快速被纤维血管化,与宿主整合,具有更好的稳定性,且材料刚度与组织相近,可以支持和适应眼睑形态。本研究尝试构建结构和力学性能与组织匹配的替代材料,为眼睑重建提供了新的材料来源和思路。
第三部分仿睑板-结膜双层复合支架的制备及其对眼睑损伤修复的研究
目的
基于睑板-结膜组织的组成及结构,探索构建可以同时重建睑板和结膜组织的双层复合材料。微观层面分析双层支架材料对细胞行为的影响,进一步原位评估该材料对眼睑后层缺损修复效果。
方法
通过将软材料胶原/壳聚糖(Col/CS)复合至硬材料聚富马酸丙二醇酯/甲基丙烯酸羟乙酯(PPF-HEMA)获得双层复合支架。扫描电镜观察支架形态及孔结构,排乙醇法测量支架孔隙率,通用力学试验机测试材料的压缩及拉伸性能,根据支架在磷酸盐缓冲液中的质量损失分析体外降解性能。观察人结膜上皮细胞(CjECs)在支架中的细胞黏附,增殖活性,迁移行为等。构建兔眼睑后层缺损模型,原位植入评估双层支架的修复效果。
结果
成功构建了PPF-COL双层复合支架,韧性的PPF-HEMA支架做为骨架材料,支撑柔性Col/CS内衬,模拟眼睑后层睑板-结膜双层结构。双层支架具有高孔隙率,约90%,表层Col/CS及底层PPF-HEMA孔径分别约为95?m和235?m,体外降解稳定,降解12周时,原有宏观及微观结构保持良好。CjECs细胞在双层支架中增殖明显高于单纯PPF-HEMA支架,且趋向于向Col/CS表面迁移,汇合。在眼睑重建模型中,复合一定厚度的Col/CS的双层支架可以明显促进结膜缺损闭合,再上皮化,再生组织中结膜上皮特异性染色CK4和MUC5AC阳性。
结论
Col/CS与PPF-HEMA骨架复合后,双层支架在体外表现出更好的细胞黏附和增殖能力。在兔眼睑后层缺损修复中,具有较好的重建效果,同时支持功能性结膜组织再生。本研究结果为组织工程眼睑缺损重建的理想替代物的设计和构建提供了新的概念。