近红外光热响应的PCL/MoS2纳米纤维膜诱导骨再生治疗骨缺损的研究

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目的:骨缺损在纳米纤维膜和温和光热作用的诱导下可以达到修复的效果。基于二硫化钼(Molybdenum Disulfide,Mo S2)的成骨诱导性、光热作用和力学性能,将Mo S2与聚己内酯(Polycaprolactone,PCL)混合并通过静电纺丝技术构建生物相容性好、机械性能强并且具有近红外光响应性能的纳米纤维膜聚己内酯/二硫化钼(PCL/Mo S2)用于引导骨再生(Guided Bone Regeneration,GBR)膜,探索在近红外光作用下PCL/Mo S2纳米纤维膜在体内外的成骨诱导性能和骨再生修复的作用。实验方法:利用牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin,BSA)辅助超声剥离法制备出Mo S2纳米薄片。将不同浓度的Mo S2纳米薄片与PCL充分混合,利用静电纺丝技术制备出PCL纳米纤维膜和PCL/Mo S2纳米纤维膜。利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR)、X衍射线(X-ray Diffraction,XRD)以及力学仪器对电纺纳米纤维膜的形态结构、化学组成和机械性能进行表征并探究其降解性。除此之外,为了研究PCL/Mo S2纳米纤维膜的光热性能,我们将PCL/Mo S2纳米纤维膜置于808nm近红外光下进行光照,记录其温度随时间的变化。利用SEM观察骨髓间充质干细胞(BMSCs)在不同浓度的纤维膜上的生长情况。通过CCK-8从PCL纳米纤维膜、PCL/1%Mo S2纳米纤维膜和PCL/1.5%Mo S2纳米纤维膜中筛选出生物相容性最佳的浓度。利用CCK-8和流式细胞术来检测PCL和PCL/1%Mo S2在不同的光照时间下的细胞活力及凋亡。采用q RT-PCR、ALP活性和茜素红染色检验PCL和PCL/1%Mo S2在不同的光照时间下的成骨效果。将PCL和PCL/1%Mo S2纳米纤维膜植入到SD大鼠的胫骨缺损部位并进行光照,分别在4周和8周后取出胫骨,观察治疗效果,并通过micro CT、HE染色及免疫组化染色观察其骨修复的情况。实验结果:SEM显示出表面光滑,分布均匀,具有较大孔隙的PCL和PCL/1%Mo S2纳米纤维。FTIR和XRD的结果表明成功制备了PCL与Mo S2复合纳米纤维。力学测试、光热实验和降解实验结果表明PCL/1%Mo S2组具有较好的机械性能和光热特性并且PCL和PCL/1%Mo S2纤维膜具有可降解性。扫描电镜的结果表明,细胞在纤维膜上生长状态良好,CCK-8结果表明,PCL/1%Mo S2纳米纤维膜的细胞活性最佳。CCK-8和流式细胞术的检测结果表明,PCL和PCL/1%Mo S2在不同的光照时间下的细胞活力较好,尤其是PCL/1%Mo S2-30 s和PCL/1%Mo S2-60 s。q RT-PCR、ALP活性和茜素红染色的检测结果表明,与PCL-0 s,PCL-30 s和PCL-60 s相比,PCL/1%Mo S2-0 s,PCL/1%Mo S2-30 s和PCL/1%Mo S2-60 s具有良好的体外成骨作用,尤其是PCL/1%Mo S2-60 s。将PCL和PCL/1%Mo S2植入体内并进行光照,通过温度监测显示PCL/1%Mo S2上升到目标温度,通过样本的大体观,micro CT,HE染色以及免疫组化结果表明,PCL/1%Mo S2+NIR组的骨修复效果最佳。实验结论:在本研究中,成功的利用静电纺丝技术制备出PCL/Mo S2复合纳米纤维膜,该纳米纤维膜具有良好的生物相容性、机械性能和光热转化性能。PCL/Mo S2纳米纤维膜在不同的光照时间下没有细胞毒性,并具有促进细胞增殖能力;同时,该纳米纤维膜在光照下具有促进骨髓间充质干细胞成骨分化以及在体内促进骨缺损修复的能力。我们成功设计了一种具有近红外光响应性能并可以利用光热性能促进骨再生修复的静电纺丝纳米纤维膜。
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