PEDOT改性的黄原胶/壳聚糖基水凝胶支架的制备及性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lin820306
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神经组织工程通过构建生物型支架培养种子细胞,实现神经退行性疾病(Neurodegenerative diseases,ND)等神经损伤的治疗,关键在于制备可模拟神经细胞生长环境的三维支架。导电支架作为新型材料,适宜电导率可支持神经细胞的信号传递,有利于细胞增殖生长,成为当前支架材料的研究热点。导电支架通常由导电聚合物与水凝胶网络构成,目前导电支架存在制备流程复杂以及导电物质引发疏水与细胞粘附问题,简化水凝胶的制备流程、提高生物相容性是开发导电支架材料的关键所在。实验选择黄原胶(Xanthan gum,XG)作为骨架材料,它是一种来源广泛、亲水性强、生物相容性良好的天然多糖,近来被广泛应用于组织工程,但作为神经组织工程的导电支架材料鲜有研究,具有较高的开发价值。在水溶液中XG大量的氢键对体系起支撑作用,另外分子链中大量的活性基团有利于和壳聚糖(Chitosan,CS)形成水凝胶,可以优化水凝胶的制备流程。利用葡萄糖酸内酯(Gluconolactone,GDL)溶解CS,实现CS与XG的结合,成胶过程无需添加化学交联剂,提升了支架的生物相容性。聚3,4乙撑二氧噻吩(Poly3,4 ethylenedioxythiophene,PEDOT)是一种有潜力的聚噻吩类衍生物,具有较高的导电性和稳定性,具有广阔的应用前景。实验通过透明质酸(Hyaluronic acid,HA)掺杂制备PEDOT-HA导电纳米颗粒,共混制备PEDOT-HA/CS/XG互穿网络导电水凝胶支架。经理化性质检测发现,GDL使支架具有稳定的凝胶结构和较强的弹性。支架具有较高的吸水性,吸水率在2574%~4068%之间,可为细胞吸收足够的培养液;支架孔隙率较高在87.92%~92.32%之间;电导率为3.37×10-4~4.10×10-4S·cm-1;6周体外降解率在34.08%~74.96%之间,具有生物可降解能力;并且导电支架具有高度联通的孔道结构,孔径均匀,孔壁附有导电颗粒,增大了壁面粗糙度;溶胀状态导电支架的压缩模量为10.2 KPa~32.2 KPa,具有适宜的力学强度;导电支架37℃保持质量稳定,具有合适的热稳定性;将PC12细胞接种到导电支架中考察生物相容性,结果显示导电物质的引入有利于细胞粘附及生长,并且10%PEDOT-HA/CS/XG上的细胞活力最高,为对照组的120.42%;观察支架上细胞的荧光染色结果表明导电支架可以支持细胞生长,并无死细胞出现;PC12细胞在导电支架上的SEM照片结果显示大量细胞粘附,细胞与细胞间呈交错网络结构,并且细胞状态良好,证明材料的生物相容性。将XG与羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl chitosan,CMCS)结合,增强导电支架的细胞粘附性,对甲苯磺酸钠为掺杂剂,通过原位界面聚合法制备PEDOT/CMCS/XG导电支架,考察支架的理化性质与生物相容性。结果表明,PEDOT的引入降低了吸水性,吸水率为1120%~2806%;另外支架的孔隙率为86.7%~92.2%;CMCS/XG和0.1、0.15、0.2M PEDOT/CMCS/XG导电支架的电导率为5.67×10-4、1.26×10-3、1.57×10-3、2.13×10-3S·cm-1,具有较高电导率,可看出用对甲苯磺酸钠作为掺杂剂可以提高支架的导电性;经过6周支架可降解32.91%~68.07%,导电物质引入而降低了降解性;支架的表面同样具有高度联通的孔道,孔径均匀大约在100μm,适合细胞生长;PEDOT导电涂层可提升支架的热稳定性;将PC12细胞接种到导电支架,考察细胞活力与粘附率,结果显示支架可支持细胞生长,随着PEDOT含量增加细胞的粘附率增加,支架表面覆盖大量细胞,细胞成团聚状态,而导电支架内部有延展状态类似神经网状结构;通过荧光染色观察到细胞在支架上均匀生长,未出现死细胞,这证明导电支架具有应用神经组织工程的潜力。综上所述,本文开发了两种良好生物相容性导电支架,分别通过共混PEDOT-HA导电颗粒制备PEDOT-HA/CS/XG导电支架和通过界面原位聚合法制备的PEDOT/CMCS/XG导电支架,可以作为神经组织工程的移植材料和介电材料为ND提供新的治疗思路。
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