随着科学发展,药物的更新迭代中多种材料各显优势,异彩纷呈。生物材料作为生物制品中重要的组成部分,依托天然生物材料的独有优势,在发展过程中受到极大重视。其中蛋白和多糖在自然环境中广泛存在而且种类丰富,是医药领域中常用的生物大分子。本研究旨在利用蛋白和多糖这类天然生物材料为基质材料,通过适当的修饰改性以及新型交联剂来制备生物相容性好、具有合适力学性能的可降解的组织工程水凝胶支架,通过各种理化表征来评价该材料的性质,并选取最优方案通过生物学表征进一步探究所构建的水凝胶在组织工程中的应用情况。(1)对天然多糖糖原的结构进行多次修饰以构建立体的多官能团的糖原衍生物,并将其用作交联剂,分别交联胶原蛋白与羟基磷灰石,通过调节各组分的含量制备出一系列复合水凝胶。糖原被胍基修饰,然后氧化成醛,随后通过席夫碱键和静电相互作用分别与胶原蛋白和羟基磷灰石结合,并以此形成水凝胶。该水凝胶在生理环境下一定时间内能够保持原状不降解,而在具有特异性酶的环境中快速降解。它们的杨氏模量(10至70 kPa)和压缩模量(30至432 kPa)均在干细胞分化为成骨细胞或软骨所需的性能范围内。此外,在复合水凝胶上培养的骨髓来源的间充质干细胞表现出理想的细胞粘附、增殖与分化能力。我们通过调节胶原蛋白/糖原衍生物/羟基磷灰石各组分的不同比例来调控骨间充质干细胞向成骨细胞或软骨细胞的分化,并通过测定细胞中碱性磷酸酶的活性和相关基因的表达来证实分化的结果。通过实验结果可知,修饰后的糖原可以作为水凝胶等支架需要的绿色交联剂,而胶原蛋白/糖原衍生物/羟基磷灰石复合水凝胶则可以应用于骨组织工程。(2)将具有抗菌性能的单宁酸接枝于明胶上,通过转谷氨酰胺酶催化明胶上的氨基酸基团交联从而形成具有粘合能力的可注射复合水凝胶。所得的水凝胶具有较好的拉伸轻度和较高的粘合强度,最大可达8kPa,能够起到很好的粘合作用,同时也具有良好的生物降解性,在2周内有很大程度的降解,降解产物也是安全无毒的。此外,在复合水凝胶上培养的成纤维细胞呈现出良好的细胞粘附增殖与迁移能力,证明该水凝胶具有理想的细胞粘附、生长与增殖的能力。选择最适配比的复合水凝胶通过动物实验去验证其对伤口的止血、封闭以及愈合的效率,都达到了很好的效果。在小鼠表皮伤口愈合实验中发现,其可有效促进伤口快速修复和愈合,第10天时伤口愈合率可达100%,有明显的表皮层结构新生;而且在愈合过程中几乎没有炎症反应。实验结果表明,通过酶交联形成的复合水凝胶对伤口具有良好的修复效果,适合用作伤口敷料和伤口粘合剂。