多孔纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料骨组织工程支架的研究

来源 :四川大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:huaxf
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骨组织工程的研究和发展为临床上骨缺损的修复和治疗提供了崭新的思路,并逐渐引起研究者的兴趣。其中,三维多孔支架材料是骨组织工程的重要基础,它不仅起支撑作用,保持原有组织的形状,而且还起到模板作用,为细胞提供赖以寄宿、生长、分化和增殖的场所,从而引导受损组织的再生和控制再生组织的结构。但目前骨组织工程支架的研究和应用仍面临着许多问题,如材料体内降解不可控,细胞繁殖效率低,降解产物引起炎性反应,细胞去分化等。尤其是在力学性能方面,单一的使用聚合物或陶瓷材料作为支架材料存在强度弱或脆性大的问题,都无法满足承力骨修复的要求。因此,为了解决目前骨组织工程支架存在的缺陷,满足支架的性能要求,我们使用具有良好生物学性能和与人体皮质骨相匹配力学性能的n-HA/PA66复合生物材料构建三维多孔支架,期望得到兼具良好的生物学性能和力学性能的支架材料。本研究采用相转移法(phase inversion)和相转移结合粒子沥滤法(particle leaching)的复合工艺制备了骨组织工程用多孔n-HA/PA66复合材料支架。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)和力学性能测试等手段对多孔支架的理化性能进行表征。结果显示,使用相转移结合粒子沥滤工艺制备的n-HA/PA66复合材料支架具有较高且可控的孔隙率(90%)和孔隙贯通性;且该多孔支架表现出与人体松质骨相当的力学强度,足以满足骨组织工程支架的力学性能要求。骨髓间充质干细胞(Marrow-derived mesenchymal stem cells,MSCs)由于其易提取分离、易体外培养和在特定环境中定向分化的特点而广泛作为骨组织工程的种子细胞。本研究使用兔MSCs作为骨组织工程的种子细胞,并将其种植于n-HA/PA66支架上进行体外联合培养,以考察复合材料支架的体外生物相容性。同时,实验引入兔的下颌骨部位的极限骨缺损作为动物实验的模型,将种植有MSCs细胞的n-HA/PA66多孔支架和单纯n-HA/PA66支架植入缺损部分,通过考察支架材料的体内生物活性和成骨性能来研究n-HA/PA66复合材料骨组织工程支架修复骨缺损的可行性。我们使用光学显微镜、SEM、四唑盐比色法(MTT)检测、碱性磷酸酶(ALP)和Ⅰ型胶原(COLⅠ)免疫组化分析对MSCs在n-HA/PA66支架体外培养过程中细胞生长、繁殖和分化进行定性和定量的分析;并采用组织学切片、X光片分析和新骨计量学分析来定性和定量考察n-HA/PA66支架的体内生物活性和成骨性能。结果表明,n-HA/PA66复合材料骨组织工程支架对细胞的黏附、生长、繁殖和骨向分化均无不良影响,具有良好的体外生物相容性;与MSCs复合的n-HA/PA66支架具有较单纯支架更高的植入初期成骨效率,而长期体内实验显示两者的生物活性和成骨性能相当。这些结果都说明n-HA/PA66支架具有良好的生物相容性和体内成骨性能,是组织工程修复骨缺损的理想支架材料。同时n-HA/PA66多孔支架与MSCs的复合体系,在骨修复过程中表现出良好的骨重建能力,是一种有效的骨组织工程治疗骨缺损的方法。目前骨组织工程支架普遍存在的另一问题是新生骨组织往往在支架的外缘形成,这阻止了细胞渗透到支架内部,也妨碍了支架内部体液的相互交换,并最终导致支架内部长入组织的坏死。通常的支架材料是具有不规则、各向同性的孔隙结构以及相对较低的孔隙贯通性,这种结构也使得细胞和组织很难渗透到支架内部,而影响骨组织的重建。为了解决这一问题,制备出具有类似于自然骨在结构和性能上各向异性的特点的骨组织工程支架,促进细胞和组织向多孔支架内部生长,并提高养分和代谢产物交换的效率,我们设计并改进相转移工艺,来制备在孔隙结构和力学强度上都具有各向异性特点的n-HA/PA66骨组织工程支架。我们对该支架材料的制备工艺、理化性能、微观形貌进行评价,并对这种具有各向异性结构的支架进行体外细胞实验。结果表明,使用改进相转移法制备的n-HA/PA66多孔支架具有定向性多孔、各向异性的孔隙结构;其力学性能也表现出各向异性,支架平行于孔隙方向的抗压强度明显高于垂直于该方向的抗压强度;而细胞实验表明MSCs和成骨细胞更倾向于沿着孔隙方向生长、攀爬和增殖。
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