金纳米颗粒修饰的聚己内酯复合纤维膜的制备及其成骨性能研究

来源 :广州医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wcf2009
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背景口腔颌面部炎症、肿瘤、外伤和先天畸形等常造成不同程度的口腔骨组织缺损,通常需要使用各种骨组织工程支架材料辅助来完成修复工作。组织工程技术的中心环节是支架材料的设计,而静电纺丝所构建的纳米纤维膜不仅在结构上与细胞外基质相似,还具有良好的理化性能,在药物释放、创口敷料和组织工程支架领域中有着广泛的应用。此外,常用于电纺的高分子材料会出现亲水性差,力学强度低的问题,更由于缺乏功能基团限制了其在骨组织工程的应用。金纳米颗粒(AuNPs)的研制与应用始终是医学生物领域的热门话题,近年来,AuNPs在骨组织再生领域的研究也取得了重大突破,将AuNPs作为功能基团与电纺纤维膜结合构建出一种新型骨膜材料,有望为口腔颌面部骨缺损的修复提供一种新的支架材料。目的本研究目的是通过静电纺丝技术构建组织工程骨膜支架材料,制备出具有良好力学性能、生物相容性和促骨修复作用的复合纳米纤维膜,研究该复合纳米纤维膜的理化性能、生物学功能和体外成骨效果。材料和方法采用静电纺丝技术制备出聚己内酯(PCL)纳米纤维膜,利用聚多巴胺(PDA)的黏附作用使PCL纤维膜表面均匀附着聚多巴胺涂层,形成聚多巴胺修饰的PCL纳米纤维膜(PCL/PDA)。通过化学还原法制备出45nm的金纳米颗粒,将该金纳米颗粒吸附在PCL/PDA复合纳米纤维膜上,从而形成金纳米颗粒修饰的PCL复合纳米纤维膜(PCL/PDA@AuNPs)。并通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱分析(XPS)、力学测试、表面接触角测试等多种方法对复合纳米纤维膜进行表征。将纤维膜与大鼠骨髓间充质干细胞(r BMSCs)共培养,并通过CCK-8检测细胞活性,用ALP定性与定量、RT-q PCR检测r BMSCs成骨分化和基因的表达情况。结果测试结果显示:(1)化学还原法所制备的金纳米颗粒溶液在电镜下观察,呈球形且具有良好的分散性,平均粒径约45nm。(2)扫描电镜观察显示PCL纤维膜为均匀的纳米纤维状结构,且交织呈网状。经过PDA处理后,纤维表面变粗糙。(3)高倍扫描电镜下观察可知,AuNPs处理后,PCL/PDA复合膜的表面附着大量金纳米颗粒,未经聚多巴胺处理的PCL纳米纤维表面几乎不含金纳米颗粒,XPS和Micro-CT结果进一步证实金纳米颗粒成功吸附在PCL/PDA复合纳米纤维膜表面。(4)力学性能:三种不同纳米纤维膜的拉伸断裂力学性能结果可以看出,PCL/PDA@AuNPs复合纳米纤维膜具有更高的弹性模量和拉伸强度,且断裂伸张率最大。(5)亲水接触角检测可以看出,相比PCL纤维膜和PCL/PDA复合纤维膜,PCL/PDA@AuNPs复合纳米纤维膜具有更好的亲水性。将含不同AuNPs量的复合纳米纤维膜与大鼠骨髓间充质干细胞(r BMSCs)共培养,扫描电镜和荧光染色观察细胞在不同纤维膜上的生长情况,含AuNPs的复合膜上细胞的数量和粘附情况更好。CCK-8测试、ALP定量结果显示PCL/PDA@AuNPs(2)具有更好的细胞相容性和诱导r BMSCs成骨分化能力,选取PCL/PDA@AuNPs(2)进行RT-q PCR实验检测成骨相关基因表达情况,结果表明PCL/PDA@AuNPs(2)可以促进r BMSCs成骨基因ALP、Runx2、Col-I和OPN的早期表达,具有良好的促进成骨细胞分化作用。结论静电纺丝所得的PCL纳米纤维膜,在PDA的处理下不仅增强了纤维膜的理化性能,还可使金纳米颗粒成功牢固附着于纤维膜上,进一步提高了纳米纤维膜的力学强度,增强其亲水性能,从而形成生物相容性良好的支架材料:PCL/PDA@AuNPs复合纳米纤维膜。与r BMSCs胞共培养后的细胞活性和成骨性能检测表明,PCL/PDA@AuNPs复合纳米纤维膜具有细胞相容性,含有适量AuNPs(60μg/cm2)的复合纳米纤维膜可诱导r BMSCs成骨分化和促进成骨相关基因的表达,显示出良好的促进骨组织再生的潜力,有望成为新型骨组织修复骨膜材料。
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