论文部分内容阅读
由疾病或外伤等造成的骨缺损已经成为人类严重的健康问题。开发各种类型的支架修复骨缺损作为一种有前途的策略被广泛研究。基于无机-有机复合的多孔支架,如羟基磷灰石/明胶支架的修复策略在骨组织工程中备受关注。血管的再生影响骨缺损的修复效果,没有来自血管通道的各种营养,新生组织会坏死而导致支架在体内的促修复效果欠佳。为了增强骨修复的长期效果,支架的设计除了需要考虑其促成骨能力外,还需要考虑其促血管生成能力。鉴于铜元素在成骨和成血管方面的重要作用,我们合成了一种掺铜棒束状羟基磷灰石（Copper doped hydroxyapatite rod bundle,Cu HARB）,并以之为基材与明胶物理混合制备用于骨缺损修复的支架,进行了一系列体内外的成骨能力评估。本研究旨在为骨缺损治疗提供一种新的选择。受天然骨中羟基磷灰石结构形貌的启发,基于制备高性能粒子的溶剂热法,本研究创新的以不含还原性双键的壬酸钙作为前体,制备了一系列不同Cu掺杂量的Cu HARB。通过XRD、XRF、FTIR、FSEM和FTEM等表征手段发现,当Cu/（Ca+Cu）摩尔比不高于8%时,产物为纯HA相,且Cu元素成功掺杂到HA晶格结构中。Cu HARB是由纳米棒单晶有序排列自组装而成微米级的束状结构,单个纳米棒的长度约500 nm,直径约30 nm。在Cu HARB浸提液与大鼠骨髓间充质干细胞（r BMSCs）体外共培养实验中,利用CCK-8检测细胞活性,发现Cu的掺杂量会影响材料对r BMSCs的相容性,掺杂量8%的材料其浸提液浓度不超过40 mg/ml时,Cu HARB对r BMSCs具有良好的细胞相容性,同时40 mg/ml的浸提液能促进r BMSCs中碱性磷酸酶（ALP）的活性表达,表明Cu HARB具有促进r BMSCs成骨分化的能力;利用PCR技术定量分析r BMSCs中ALP基因的表达水平,其结果进一步证实了Cu HARB具有优良的成骨诱导活性。由此说明8%Cu掺杂量、浸提液浓度40 mg/ml的Cu HARB不仅对r BMSCs具有良好细胞相容性而且能促进其向成骨方向分化。利用冷冻干燥法,我们构建了Cu HARB/明胶多孔支架。对支架微观形貌和细胞黏附情况的观察结果表明该支架内部具有微米级多孔结构且表面适于r BMSCs细胞黏附生长。通过建立SD大鼠颅骨临界尺寸（8 mm）缺损修复模型,我们考察了Cu HARB/明胶支架在体内促进骨修复的能力。综合Micro-CT、组织学染色和免疫染色技术分析颅骨缺损的修复情况,我们发现Cu HARB/明胶支架不仅具有成骨能力,而且具有成血管作用,促进了大鼠颅骨缺损的骨修复。总之,本研究创新的合成了一种掺杂铜元素棒束状羟基磷灰石,其表现出良好的体外细胞相容性和促r BMSCs成骨分化的能力。联合明胶制备的多孔支架在体内的骨缺损修复中表现出促成骨和促血管生成的双重功能。本研究不仅为骨缺损修复提供了一种潜在的新材料选择,也为元素掺杂HA的合成提供了一种新的方式。