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组织工程学是一种涵盖了生物学、医学、工程学等的新兴多学科综合研究领域,它的目的在于探究细胞和组织中结构和功能之间的关系,并开发可以修复或替换死亡或受损组织、器官和(或)人体部分的生物替代物。一般认为,组织工程学的成功需要三个组成部分的相互作用:生物材料作为支架、用于新组织生成的种子细胞以及指导种子细胞形成所需组织的生物信号分子。本实验将利用β-磷酸三钙(β-TCP)和壳聚糖的优势理化性能,利用京尼平交联这两种材料,探索一种有效、简便的合成方法,以形成一种形态结构稳定,且有良好生物相容性的水凝胶材料。希望通过对其理化结构、生物相容性及成骨机制的相关研究,探索一种适合成骨细胞生长、成骨的更为理想的材料,为今后组织工程学应用于骨缺损修复打下基础。第一部分 京尼平交联的壳聚糖/β-磷酸三钙水凝胶的构建及结构表征目的探讨不同组份比例β-TCP对壳聚糖/β-TCP水凝胶的结构表征的影响。方法将配制好的浓度为2%的壳聚糖溶液与不同质量体积比(0.5%、1%、2%)的β-TCP混合,通过京尼平交联后共制得四组支架材料,电镜观察形貌、计算孔隙率、采用傅里叶红外衍射、X射线衍射对材料的结构表征进行分析。结果京尼平交联的壳聚糖/β-TCP水凝胶为蓝色果冻样物质,具有一定的弹性和形变能力,不易碎裂。电镜下观察水凝胶内部较对照组孔隙较为均匀,相互通联,孔径大小适合成骨细胞生长,孔隙率良好。红外和X射线衍射分析显示壳聚糖和β-TCP实现了混合。结论β-TCP的添加使水凝胶的结构更加稳定。第二部分 京尼平交联的壳聚糖/β-磷酸三钙水凝胶的理化性能目的比较不同组份比例水凝胶的吸水率和溶胀率及向外界释放钙离子的情况。方法常温常压下,取一定重量的水凝胶材料,投入去离子水中,24 h后取出,吸干表面水分,计算湿态重量记为M1,将其在60℃恒温烘箱中烘干至重量不再发生变化,即可计算水凝胶的吸水率。常温常压下,取一定体积的支架材料,记为V1,投入去离子水中,24h后取出,吸干表面的水分,计算湿态体积记为V2,可计算水凝胶的溶胀率。使用诱导耦合等离体子发射光谱法进行钙离子测量。结果四组水凝胶材料组都具有较好的吸水率,组间没有明显差异(P=0.165)。但四组间的溶胀率有明显差异,随着β-TCP含量的增加溶胀率逐渐减小。CS+2%β-TCP组溶胀率最小。时间增加,含有β-TCP的水凝胶会向培养基中释放游离钙,且随着时间增加,释放趋于稳定。结论CS+2%β-TCP组水凝胶在保有较高吸水率(1392.67%±83.97%)的基础上有最小的溶胀率(25.77%±1.63%),且能够稳定释放钙离子。第三部分 京尼平交联的壳聚糖/β-磷酸三钙水凝胶对牙髓干细胞生长与矿化的影响目的研究CS/β-TCP水凝胶的细胞相容性对DPSCs的生长、黏附、矿化的影响。方法将水凝胶材料铺于孔板底部备用。计算细胞黏附率并利用CellTiter-LumiTM发光法细胞活力检测试剂盒测试细胞活力。通过钙化结节观察水凝胶的成骨性能。结果流式细胞术结果显示,本实验所用的DPSCs大量表达了间充质干细胞的标记物,不同组份比例水凝胶上的DPSCs黏附率的差异在不同的时间中有差异。不同组份比例水凝胶上的DPSCs细胞活力的差异在不同的时间中有差异。含有β-TCP的水凝胶组较不含组钙化结节明显增多。水凝胶组较无水凝胶组钙化结节明显增多。结论DPSCs在水凝胶上能够快速增殖,在CS+2%β-TCP组上的早期黏附率最高(6小时黏附率83.00%±0.54%)。含有β-TCP的水凝胶第14天在无矿化诱导液存在的情况下可见矿化。全文总结1.本实验中采取京尼平交联壳聚糖和β-TCP,获得了稳定的、具有一定强度的水凝胶材料。2.CS+2%β-TCP组水凝胶在吸取足够液体的同时拥有最小的形变率。含有β-TCP的水凝胶组浸提液中观察到了随时间缓释的钙元素的增加3.本实验所制备的水凝胶能够促进DPSCs的早期黏附和增殖,并能够促进DPSCs的成骨分化,在没有成骨诱导剂的情况下于第14天已经能够观察到钙化结节的形成。